Investigadores surcoreanos han ideado un innovador sistema solar que genera hidrógeno verde a partir de residuos de caña de azúcar con una eficiencia que cuadruplica los estándares comerciales.
Esta prometedora técnica utiliza fotoelectrodos de silicio y furfural, un compuesto extraído de los desechos de la caña de azúcar, para producir hidrógeno (H₂) sin liberar dióxido de carbono (CO₂).
Puntos clave de la innovación:
- Hidrógeno verde y limpio: Produce H₂ utilizando residuos de caña de azúcar y luz solar, sin emisiones de CO₂.
- Eficiencia superior: Alcanza una eficiencia cuatro veces mayor que el objetivo establecido por el Departamento de Energía de EE. UU.
- Sistema autónomo: Emplea un electrodo de silicio cristalino y opera sin necesidad de energía externa.
- Subproducto valioso: Genera ácido furóico, un compuesto con aplicaciones comerciales significativas.
- Estabilidad y durabilidad: El sistema es estable y se autorrefrigera mediante inmersión en agua.
Detalles del avance:
Un equipo de científicos de la Universidad Nacional de Ciencia y Tecnología de Ulsan (UNIST) ha desarrollado esta tecnología pionera. El proceso se basa en una célula fotoelectroquímica (PEC) que integra un fotoelectrodo de silicio cristalino y un electrodo de cobre.
El sistema funciona de la siguiente manera: al absorber la luz solar, el fotoelectrodo de silicio genera electrones que impulsan la reducción del agua y del furfural, dando como resultado la producción de hidrógeno.
La alta eficiencia del sistema se logra mediante dos mecanismos principales:
- Oxidación del furfural: En el electrodo de cobre, el furfural se oxida, liberando hidrógeno y produciendo ácido furóico como subproducto.
- División del agua: Simultáneamente, en el fotoelectrodo de silicio, se lleva a cabo la división del agua, generando hidrógeno adicional y duplicando teóricamente la producción en comparación con los sistemas PEC convencionales.
Rendimiento excepcional:
El sistema ha demostrado una tasa de producción de hidrógeno de 1,4 milimoles por centímetro cuadrado por hora (mmol/cm²·h), superando significativamente el objetivo de 0,36 mmol/cm²·h establecido para la comercialización del hidrógeno solar.
Este rendimiento sobresaliente se atribuye a:
- Una alta densidad de fotocorriente, facilitada por el uso de silicio cristalino.
- La oxidación del furfural, que equilibra el bajo voltaje del silicio sin requerir energía externa.
- Una estructura de contacto posterior interdigitado (IBC) que minimiza las pérdidas de voltaje y optimiza la eficiencia.
- La protección del electrodo mediante capas de níquel y vidrio, lo que aumenta su durabilidad.
- Un efecto de autorrefrigeración por inmersión, que mejora la estabilidad en comparación con otros sistemas acoplados externamente.
Implicaciones futuras:
Esta innovadora tecnología presenta una vía prometedora hacia una economía energética libre de emisiones de carbono, disminuyendo la dependencia de los combustibles fósiles. Además, el aprovechamiento de residuos agrícolas como la caña de azúcar fomenta la economía circular al convertir desechos en recursos valiosos.
El ácido furóico, el subproducto del proceso, tiene aplicaciones en la fabricación de resinas, plásticos biodegradables y productos farmacéuticos, lo que añade un valor económico adicional a la tecnología.
A nivel global, este desarrollo podría:
- Permitir la producción descentralizada de hidrógeno en regiones rurales productoras de biomasa.
- Impulsar la independencia energética a nivel local.
- Reducir los costos del hidrógeno renovable, facilitando su adopción en diversos sectores como el transporte, el almacenamiento de energía y los procesos industriales.
Este avance subraya la importancia del desarrollo de tecnologías innovadoras para alcanzar los objetivos de descarbonización y avanzar hacia un futuro energético más limpio, eficiente y sostenible.
Referencia: Myohwa Ko et al, Acoplamiento de la oxidación de furfural para la producción de hidrógeno sin sesgos utilizando fotoelectrodos de silicio cristalino, Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-58000-4
