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Investigadores en Suiza han construido un reactor solar a escala piloto que produce calor y oxígeno utilizables, además de generar hidrógeno con una eficiencia sin precedentes para su tamaño.
Una antena parabólica en el campus de la EPFL (Escuela Politécnica Federal de Lausana) se pasa fácilmente por alto, se asemeja a una antena parabólica u otra infraestructura de telecomunicaciones. Pero este plato es especial, porque funciona como un árbol artificial. Después de concentrar la radiación solar casi 1.000 veces, un reactor sobre el plato utiliza esa luz solar para convertir el agua en hidrógeno, oxígeno y calor valiosos y renovables.
«Esta es la primera demostración a nivel de sistema de generación de hidrógeno solar. A diferencia de las demostraciones típicas a escala de laboratorio, incluye todos los dispositivos y componentes auxiliares, por lo que nos da una mejor idea de la eficiencia energética que puede esperar una vez que considera el sistema completo, y no solo el dispositivo en sí», dice en un comunicado Sophia Haussener, directora de el Laboratorio de Ciencia e Ingeniería de Energías Renovables (LRESE) de la Facultad de Ingeniería.
«Con una potencia de salida de más de 2 kilovatios, hemos roto el techo de 1 kilovatio para nuestro reactor piloto mientras mantenemos una eficiencia récord para esta gran escala. La tasa de producción de hidrógeno lograda en este trabajo representa un paso realmente alentador hacia la realización comercial de esta tecnología».
El trabajo se basa en una investigación preliminar que demuestra el concepto a escala de laboratorio, utilizando el simulador solar de alto flujo de LRESE, que se publicó en Nature Energy en 2019. Ahora, el equipo ha publicado los resultados de su escalado, eficiente y multi-proceso del producto en condiciones del mundo real en la misma revista.
La producción de hidrógeno a partir del agua utilizando energía solar se conoce como fotosíntesis artificial, pero el sistema LRESE es único por su capacidad para producir calor y oxígeno a escala.
Después de que el plato concentra los rayos del sol, se bombea agua a su punto de enfoque, donde se aloja un reactor fotoelectroquímico integrado. Dentro de este reactor, las células fotoelectroquímicas utilizan la energía solar para electrolizar o dividir las moléculas de agua en hidrógeno y oxígeno. También se genera calor, pero en lugar de liberarse como una pérdida del sistema, este calor pasa a través de un intercambiador de calor para que pueda aprovecharse, por ejemplo, para la calefacción ambiental.
Además de las salidas primarias de hidrógeno y calor del sistema, las moléculas de oxígeno liberadas por la reacción de fotoelectrólisis también se recuperan y utilizan.
«El oxígeno a menudo se percibe como un producto de desecho, pero en este caso, también se puede aprovechar, por ejemplo, para aplicaciones médicas», dice Haussener.
El sistema es adecuado para aplicaciones industriales, comerciales y residenciales; de hecho, SoHHytec SA, spin-off de LRESE, ya lo está implementando y comercializando. La puesta en marcha de EPFL está trabajando con una instalación de producción de metales con sede en Suiza para construir una planta de demostración a escala de varios 100 kilovatios que producirá hidrógeno para los procesos de recocido de metales, oxígeno para los hospitales cercanos y calor para el agua caliente de la fábrica. necesidades.
«Con la demostración piloto en la EPFL, hemos logrado un hito importante al demostrar una eficiencia sin precedentes a altas densidades de potencia de salida. Ahora estamos ampliando un sistema en una configuración similar a un jardín artificial, donde cada uno de estos ‘árboles artificiales’ se implementa de manera modular», dice el cofundador y director ejecutivo de SoHHytec, Saurabh Tembhurne.
El sistema podría usarse para proporcionar calefacción central y agua caliente residencial y comercial, y para alimentar celdas de combustible de hidrógeno. Con un nivel de producción de aproximadamente medio kilogramo de hidrógeno solar por día, el sistema del campus de la EPFL podría alimentar alrededor de 1,5 vehículos propulsados con pilas de combustible de hidrógeno que recorren una distancia anual promedio; o satisfacer hasta la mitad de la demanda de electricidad y más de la mitad de la demanda anual de calor de un hogar suizo típico de cuatro personas.
Con su sistema de fotosíntesis artificial bien encaminado hacia la ampliación, Haussener ya está explorando nuevas vías tecnológicas. En particular, el laboratorio está trabajando en un sistema de energía solar a gran escala que dividiría el dióxido de carbono en lugar de agua, produciendo materiales útiles como gas de síntesis para combustible líquido o el etileno, precursor del plástico verde.
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