Fotorreactor produce hidrógeno en su propio tejado

Polímeros microestructurados

23 de junio de 2023 15:13
Robert Klatt

Los paneles fotorreactores altamente eficientes pronto podrán producir hidrógeno, gas de síntesis o combustibles sintéticos en su propio tejado. Gracias al diseño optimizado, el sistema modular es adecuado para una producción en masa económica.

Karlsruhe (Alemania). Las plantas pueden producir nuevos compuestos a partir de luz, agua y CO₂ mediante la fotosíntesis. Como explica Paul Kant, del Instituto de Ingeniería de Microprocesos (IMVT) del Instituto Tecnológico de Karlsruhe (KIT), la ciencia ha desarrollado procesos similares en los que la fotosíntesis artificial con un material fotocatalíticamente activo absorbe fotones y luego los utiliza con energía para una reacción química.

“Ahora se conocen diferentes fotocatalizadores. Por ejemplo, se pueden utilizar para descomponer el agua en hidrógeno y oxígeno, pero también para producir combustibles climáticamente neutros a partir de agua y dióxido de carbono”.

Sin embargo, hasta ahora las tecnologías para la producción de hidrógeno verde sólo se podían utilizar a escala de laboratorio porque sus costes eran demasiado elevados para su uso industrial.

Paneles de fotorreactores de alta eficiencia

Ahora, investigadores del Instituto Tecnológico de Karlsruhe (KIT) han desarrollado paneles de fotorreactores altamente eficientes que pueden instalarse en módulos económicos. Según Kant, estos módulos se pueden instalar en grandes superficies, por ejemplo en tejados de casas y en parques solares. La producción industrial de hidrógeno o combustibles electrónicos es cada vez más práctica y podría ayudar a combatir el cambio climático.

"Esto podría simplemente hacer innecesario el uso de combustibles fósiles".

Según la publicación de la revista especializada Joule, los módulos se basan en un concepto de reactor altamente eficiente y adecuado para el mercado de masas. Este contiene un fotocatalizador optimizado, que impulsa la reacción química, así como un fotorreactor, es decir, un recipiente para el fotocatalizador y las sustancias de partida para la reacción.

“Lo ideal es que el fotorreactor dirija la luz solar incidente al fotocatalizador con poca pérdida, sin importar desde qué dirección caiga o sin importar dónde se encuentre el sol en el cielo. También es importante que el fotorreactor garantice condiciones de funcionamiento óptimas para el fotocatalizador a través de su estructura y el material utilizado, como la temperatura adecuada o la intensidad adecuada para la absorción de luz en el fotocatalizador”.

Paneles de polímero microestructurado

El fotorreactor consta de placas de polímero especialmente microestructuradas, que están recubiertas de aluminio para mejorar la reflectividad. Este concepto permite condiciones operativas óptimas y una transferencia de luz eficaz al fotocatalizador durante todo el día. Utilizando optimización geométrica asistida por ordenador y un sistema de modelo fotocatalítico, los investigadores lograron desarrollar este sistema y demostrarlo con éxito a escala de laboratorio.

Modelos asequibles para el mercado masivo.

Una guía general de los desarrolladores basada en el análisis del principio del reactor hace que sea relativamente fácil ajustar los módulos del fotorreactor para diversas aplicaciones para lograr la máxima eficiencia. Sin embargo, la alta eficiencia de las reacciones químicas por sí sola no es suficiente para establecer la fotosíntesis artificial como una tecnología económica. Para generar cantidades importantes de producto son necesarias superficies extremadamente extensas equipadas con paneles de fotorreactores.

"Para reducir costes, utilizamos materiales y geometrías económicas que se pueden fabricar mediante procesos de producción en masa establecidos".

Basándose en los cálculos iniciales, los investigadores estiman que el coste rondará los 22 euros por metro cuadrado de módulo de fotorreactor.

Julios, doi: 10.1016/j.joule.2023.05.006