Superordenadores ayudarán a convertir energía solar en hidrógeno

El uso de energía solar para recolectar hidrógeno del agua de manera económica podría ayudar a reemplazar las fuentes de combustible a base de carbono y reducir la huella de este del mundo. Sin embargo, ha sido una tarea prácticamente imposible para el ser humano encontrar materiales que puedan impulsar la producción de hidrógeno para que pueda competir económicamente con los combustibles a base de carbono.

En un estudio, un equipo de investigadores dirigido por la Universidad Estatal de Pensilvania informa que ha dado un paso para superar el desafío de la producción económica de hidrógeno mediante el uso de ordenadores para encontrar materiales que podrían ayudar a acelerar la separación del hidrógeno cuando el agua se expone a la luz. A este proceso de le conoce como fotocatálisis.

La importancia del hidrógeno

Tanto la electricidad como la energía solar se pueden utilizar para separar el hidrógeno del agua, que está formada por dos átomos de hidrógeno y un átomo de oxígeno. Se usa la luz solar para generar electricidad para crear hidrógeno, que, a su vez, seguramente se volvería a convertir en electricidad, puede no ser ventajoso o económicamente efectivo.

Aunque el hecho de usar la energía solar para producir de manera directa hidrógeno a partir del agua evita este paso adicional, los investigadores tienen que seguir estudiando cómo usar la conversión de forma directa del hidrogeno solar de una manera que compita contra los combustibles cuya base es el carbono, como por ejemplo la gasolina.

panel solar placa

Los investigadores, que informan sobre sus hallazgos en la revista científica Energy and Environmental Science, utilizaron un tipo de enfoque computacional llamado “cribado de materiales de alto rendimiento” para reducir una lista de más de 70.000 compuestos diferentes a seis candidatos prometedores que, cuando se agregan al agua, puede permitir el proceso de producción de hidrógeno solar.

Una forma de energía más barata

Si se pudiera desarrollar esta tecnología, supondría un gran abaratamiento a nivel económico. Se podría producir hidrógeno por 1,60 dólares, a diferencia de la gasolina que vale hasta 3,20 dólares. Por tanto, por la mitad de precio se podría obtener la misma cantidad de energía con hidrógeno que con gasolina por la mitad de precio y ahorrando energía, lo cual es beneficioso para el medio ambiente.

El equipo usó el ordenador Roar de la Universidad Estatal de Pensilvania para hacer los cálculos. Los ordenadores son la herramienta más importante a la hora de acelerar el proceso de encontrar los materiales correctos que se utilizaran más parte en los diferentes experimentos. A su vez, aseguran que el uso de ordenadores no sustituirá a la experimentación, ya que el ordenador te notifica que materiales son los más prometedores, pero aun así hay que realizar el estudio experimental.

Superordenador

Tras examinar los compuestos enumerados en la base de datos de Materials Project, una especie de almacén de acceso abierto en línea de materiales conocidos y previstos, el equipo desarrolló un algoritmo para identificar materiales con propiedades que los convertirían en elementos adecuados para el proceso de producción de hidrógeno. También se analizaron materiales que pudieran disociar el agua de manera eficaz, así como materiales que ofrecieran una buena estabilidad química.

El equipo se centró en los óxidos (compuestos químicos formados por al menos un átomo de oxígeno) ya que pueden sintetizarse en una cantidad de tiempo razonable usando procesos estándar. Sin embargo, se está trabajando con materiales que no sean óxidos para comprobar si hay más materiales que sirven para la producción de hidrógeno. El trabajo requirió colaboraciones de todas las disciplinas, lo que fue para el equipo de investigación algo así como una experiencia de aprendizaje.