La fotoelectrólisis del agua , también conocida como división fotoelectroquímica del agua , ocurre en una celda fotoelectroquímica cuando se utiliza luz como fuente de energía para la electrólisis del agua, produciendo dihidrógeno que puede usarse como combustible. Este proceso es una ruta hacia una " economía del hidrógeno ", en la que el combustible de hidrógeno se produce de manera eficiente y económica a partir de fuentes naturales sin usar combustibles fósiles . [1] [2] Por el contrario, el reformado con vapor generalmente o siempre usa un combustible fósil para obtener hidrógeno. La fotoelectrólisis a veces se conoce coloquialmente como el santo grial del hidrógeno por su potencial para producir una alternativa viable al petróleo como fuente de energía ; dicha fuente de energía supuestamente vendría sin los efectos sociopolíticamente indeseables de la extracción y el uso del petróleo.
Mecanismo
La celda PEC consta principalmente de tres componentes: el fotoelectrodo, el electrolito y un contraelectrodo . El semiconductor, crucial para este proceso, absorbe la luz solar , lo que inicia la excitación de los electrones y la posterior división de las moléculas de agua en hidrógeno y oxígeno .
Reacción del fotoánodo (evolución del oxígeno): H2O → 2H++1 2O2+ 2e−
Reacción del fotocátodo (evolución del hidrógeno): 2H++ 2e− → H2
Estas semireacciones muestran la química fundamental involucrada en la fotoelectrólisis, donde el fotoánodo facilita la evolución del oxígeno y el fotocátodo apoya la evolución del hidrógeno.
Investigaciones actuales y avances tecnológicos
Los últimos avances se han centrado en mejorar los materiales semiconductores y el diseño de las células para mejorar la eficiencia de conversión de energía solar a hidrógeno (STH), que actualmente se encuentra entre el 8% y el 14%, con un máximo teórico de alrededor del 42%. [3] Las innovaciones incluyen:
Materiales semiconductores: La investigación destaca la importancia de los semiconductores con brechas de banda más pequeñas (por debajo de 2,1 eV) que son más eficaces para utilizar espectros de luz más amplios, mejorando así la eficiencia. [4]
Cocatalizadores: El uso de cocatalizadores basados en metales de transición ha sido fundamental para mejorar la separación de carga y reducir el sobrepotencial, mejorando así la eficiencia general de la reacción de división del agua. [5]
Materiales nanoporosos: estos materiales se han utilizado para aumentar la superficie para el transporte de electrones, mejorando significativamente la eficiencia de los sistemas fotoelectroquímicos. [6]
Ventajas: Al aprovechar la luz solar, la fotoelectrólisis sirve como método renovable para la producción de hidrógeno y ofrece escalabilidad y adaptabilidad a diferentes condiciones geográficas.
Desafíos: Los principales obstáculos incluyen la eficiencia aún en desarrollo del proceso y la naturaleza intermitente de la energía solar, que puede afectar la producción constante de hidrógeno. Además, encontrar materiales duraderos y eficientes para el funcionamiento a largo plazo sigue siendo un desafío. [7] [8]
Papel en la economía del hidrógeno
Como parte de una economía sostenible basada en el hidrógeno, la fotoelectrólisis presenta una vía prometedora para la producción de hidrógeno limpio. Aunque actualmente es más costosa que los métodos tradicionales, como el reformado de metano con vapor , el potencial de avances tecnológicos podría hacerla más viable económicamente. [9]
Conclusión y perspectivas futuras
Es probable que el desarrollo continuo en la ciencia de los materiales y el diseño de celdas mejore la viabilidad de la fotoelectrólisis , convirtiéndola en un actor clave en el panorama futuro de las tecnologías de energía renovable . La investigación y la inversión continuas para superar los desafíos existentes serán cruciales para aprovechar todo el potencial de esta tecnología.
También se han investigado dispositivos basados en la hidrogenasa . [10]
{{cite journal}}: Requiere citar revista |journal=( ayuda ){{cite journal}}: Requiere citar revista |journal=( ayuda ){{cite journal}}: Requiere citar revista |journal=( ayuda )