Diagrama esquemático de la producción de PEC H2 utilizando el fotocatodo PTC/Ni/C-Si. Crédito: Nature Communications (2025). Doi: 10.1038/s41467-025-58000-4
Una tecnología para la producción de hidrógeno (H2) ha sido desarrollada por un equipo de investigadores liderados por los profesores Seungho Cho y Kwanyong SEO de la Escuela de Ingeniería Energética e Engineería Química en UNIST, en colaboración con el equipo del profesor Ji-Wook Jang del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales en Unist.
Su investigación se publica en la revista Nature Communications.
Este método innovador utiliza biomasa derivada de desechos de caña de azúcar y fotoelectrodos de silicio para generar H2 exclusivamente utilizando la luz solar, logrando una tasa de producción cuatro veces más alta que el punto de referencia de comercialización establecido por el Departamento de Energía de los Estados Unidos (DOE).
H2 se reconoce como un combustible de próxima generación, ya que no emite gases de efecto invernadero cuando se quema y almacena energía a una densidad 2.7 veces mayor que la gasolina. A pesar de esto, la mayoría de H2 producido hoy se deriva del gas natural, un proceso que genera sustanciales emisiones de dióxido de carbono.
El equipo de investigación ha desarrollado un sistema de producción fotoelectroquímico (PEC) H2 que facilita la producción de H2 sin emisiones de dióxido de carbono (CO2) utilizando el furfural extraído de los desechos de caña de azúcar.
En este sistema, el furfural se oxida en el electrodo de cobre para producir H2, con el material residual que se convierte en ácido furoico, un producto de alto valor.
H2 se produce en ambos electrodos en este sistema. En el fotoelectrodo de silicio opuesto, el agua también se divide para producir H2. Este mecanismo de producción dual duplica teóricamente la tasa de producción en comparación con los sistemas PEC convencionales, con el rendimiento real que alcanza 1.4 mmol/cm2 · h, casi cuatro veces el objetivo del Departamento de Energía de los Estados Unidos de 0.36 mmol/cm2 · h.
El proceso de producción de H2 comienza cuando el fotoelectrodo absorbe la luz solar y genera electrones. Los fotoelectrodos de silicio cristalino son ventajosos para la producción de H2 debido a su capacidad para generar un número significativo de electrones. Sin embargo, el bajo voltaje generado (0.6 V) hace que sea difícil iniciar las reacciones de producción de H2 sin potencia externa.
El equipo de investigación abordó este problema al introducir la reacción de oxidación del furfural en el electrodo opuesto para equilibrar el voltaje del sistema.
Este enfoque conserva la alta densidad de fotocorriente característica de los fotoelectrodos de silicio cristalino al tiempo que alivia la carga de voltaje en todo el sistema, lo que permite la producción de H2 sin la necesidad de potencia externa. La densidad de fotocorriente se refiere al flujo de electrones por unidad de área y está directamente vinculada a las tasas de producción de H2.
Además, este sistema emplea una estructura de contacto posterior interdigitado (IBC) para minimizar las pérdidas de voltaje dentro del fotoelectrodo y envuelve el electrodo en lámina de níquel y capas de vidrio para protegerlo del electrolito, asegurando la estabilidad a largo plazo.
La estructura sumergida del fotoelectrodo de silicio proporciona un efecto de autocolante, lo que demuestra una eficiencia y estabilidad superiores en comparación con las estructuras de acoplamiento externas, donde la batería que genera electricidad a través de la descomposición del agua y el H2 productor de electrolizos son entidades separadas.
El profesor Jang declaró: “Esta tecnología logra una tasa de producción de H2 de la energía solar que es cuatro veces mayor que el estándar de comercialización establecido por el Departamento de Energía de los Estados Unidos, desempeñando un papel crucial en la mejora de la viabilidad económica de la Solar H2 y garantizar los precios competitivos contra el H2 basado en combustibles fósiles”.
Más información: Myohwa Ko et al, acoplamiento de oxidación furfural para la producción de hidrógeno sin polarización utilizando fotoelectrodos de silicio cristalino, comunicaciones de la naturaleza (2025). Doi: 10.1038/s41467-025-58000-4
Proporcionado por el Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología de Ulsan
Cita: luz solar y producción de residuos de azúcar potencia de producción de hidrógeno a una tasa cuatro veces mayor que la referencia de comercialización (2025, 22 de abril) Recuperado el 22 de abril de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-04-sunlight-suguarcane-power-hydrogen-production.html
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