El nuevo récord alemán acerca el hidrógeno solar a una producción mucho más eficiente
Buenos Aires-(Nomyc)-El Hidrógeno Verde (HV) está llamado a desempeñar un papel importante en la descarbonización de sectores donde la electrificación resulta complicada, como la industria pesada, la producción de acero, determinados procesos químicos o el transporte marítimo, aunque uno de los grandes desafíos es producirlo con la mayor eficiencia posible y reducir, al mínimo, las pérdidas de energía.
Ahora, un equipo de investigadores del Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems (Fraunhofer ISE), en Alemania, dio un paso muy relevante en esa dirección al desarrollar un módulo que integra Células Solares de Concentración y un Electrolizador PEM, en un único sistema que transforma de manera directa, la luz solar en hidrógeno.
Durante las pruebas realizadas en exteriores, el prototipo alcanzó una eficiencia del 31,3 por ciento en la conversión de la energía solar en energía química almacenada en forma de hidrógeno, una cifra especialmente destacada para este tipo de tecnología.
Un diseño que elimina pasos intermedios: la principal innovación no reside solo en la elevada eficiencia obtenida, sino también, en la forma en que se consigue, ya que mientras en los sistemas convencionales, la electricidad producida por los paneles solares pasa por convertidores, reguladores electrónicos y otros equipos antes de alimentar un electrolizador y cada uno de esos componentes introduce pequeñas pérdidas energéticas.
En cambio, el sistema desarrollado por Fraunhofer ISE, evita ese recorrido ya que las células fotovoltaicas se conectan de manera directa a las celdas del electrolizador, por lo que la electricidad generada se utiliza de manera inmediata para dividir las moléculas de agua en “hidrógeno” y “oxígeno” y al reducir el número de conversiones eléctricas, el conjunto mejora de manera notable su rendimiento global y simplifica la arquitectura del sistema.
La importancia de la fotovoltaica de concentración: el corazón del dispositivo utiliza una tecnología muy distinta a la de los paneles solares convencionales instalados en viviendas o parques fotovoltaicos.
Lo que utiliza son fotovoltaica de concentración (CPV), un sistema que emplea una matriz de lentes Fresnel para concentrar la radiación solar sobre unas células solares extremadamente eficientes fabricadas con materiales semiconductores del grupo III-V.
Estas células, ofrecen algunos de los mejores rendimientos del mundo y llevan décadas demostrando su confiabilidad en aplicaciones espaciales, donde la eficiencia energética resulta crítica., ya que gracias a la concentración de la luz, basta una superficie muy pequeña de células para captar una gran cantidad de energía, reduciendo el uso de estos materiales de alto coste.
Una combinación con ajuste perfecto: otro aspecto clave del desarrollo es que las características eléctricas de las células solares coinciden de forma perfecta, con las necesidades del electrolizador PEM.
Los investigadores conectaron de manera directa las células solares al cátodo y al ánodo de dos celdas de electrólisis conectadas en serie y ese equilibrio entre tensión y corriente, permite que ambos componentes trabajen en su punto óptimo sin necesidad de electrónica adicional para adaptar la potencia, lo que puede parecer un detalle técnico, pero en realidad, marca una gran diferencia cuando se busca exprimir cada vatio disponible procedente del Sol.
El hidrógeno verde gana protagonismo en Europa: este avance, llega en un momento muy relevante para el desarrollo del Hidrógeno Renovable, ya que la Unión Europea continúa con el impulso de la implantación de esta tecnología mediante distintos programas de financiación, con el objetivo de reducir la dependencia de los combustibles fósiles y reforzar la seguridad energética.
Al mismo tiempo, numerosos proyectos industriales despliegan grandes electrolizadores alimentados con electricidad renovable para abastecer a refinerías, industrias químicas, plantas de fertilizantes y futuras aplicaciones en movilidad pesada.
Una solución capaz de producir hidrógeno directamente mediante módulos solares integrados podría complementar estas instalaciones en ubicaciones con una elevada radiación solar, simplificando parte de la infraestructura eléctrica necesaria.
Mucho recorrido por delante: los propios investigadores reconocen que todavía se trata de un demostrador experimental, ya que el prototipo empleado durante las pruebas cuenta con una superficie de lentes de apenas 64 centímetros cuadrados, por lo que aún queda trabajo para escalar el sistema hacia aplicaciones comerciales.
Entre los retos pendientes aparecen la reducción de costes, la fabricación a gran escala, la durabilidad de todos los componentes durante décadas y la optimización del funcionamiento bajo distintas condiciones meteorológicas.
El equipo, ya trabaja en el desarrollo de una futura empresa derivada, Clearsun Energy, con la intención de acelerar la transferencia de esta tecnología hacia el mercado mediante la búsqueda de inversión privada.
Potencial: la combinación directa entre fotovoltaica de concentración y electrólisis representa una vía muy prometedora para producir hidrógeno renovable con un aprovechamiento cada vez mayor de la energía solar.
Si la tecnología consigue reducir sus costes durante los próximos años, podría encontrar aplicaciones en polígonos industriales, zonas con abundante radiación solar, instalaciones aisladas o plantas dedicadas al almacenamiento estacional de energía renovable.
También, abre la puerta a sistemas energéticos más flexibles, donde el excedente solar deje de desperdiciarse y pueda transformarse en un combustible limpio capaz de almacenarse durante largos periodos y utilizarse cuando realmente haga falta.
Aún queda camino: cada mejora en eficiencia acerca un poco más la posibilidad de que el hidrógeno verde deje de ser una tecnología de nicho y pase a convertirse en una pieza habitual dentro del futuro energético descarbonizado que muchos países ya están construyendo.
A modo de resumen:
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