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Hojas artificiales producen hidrógeno, empleando energía solar


Investigadores del departamento de Dispositivos Fotovoltaicos y Optoelectrónicos de la Universitat Jaume I, de Castellon, dirigidos por el profesor Juan Bisquert, han desarrollado, utilizando componentes basados en tecnología nanotecnologíca, un dispositivo con materiales semiconductores que genera hidrógeno a partir del agua utilizando únicamente la luz solar.

Inspirado en el fenómeno de la fotosíntesis que se produce de forma natural (un proceso por el cual las plantas utilizan la luz solar para transformar la materia orgánica en compuestos orgánicos, liberando la energía almacenada en los enlaces moléculares del trifosfato de adenosina, obteniendo compuestos energéticos, como azúcares o hidratos de carbono). La fotosintesis artificial, que es como se ha denominado al proceso, produce de formas eficiente de hidrógeno a partir de materiales semiconductores y la luz solar constituye un reto crucial para  cambiar de paradigma hacia una tecnología basada en el hidrógeno. 

A pesar de la eficiencia energética del dispositivo todavía no es suficiente para que se considere su comercialización, explorándose diversas vías para mejorar su eficiencia y demostrar que esta tecnología representa una alternativa real para satisfacer las demandas de energía del siglo XXI. El hidrógeno es un elemento muy abundante en la superficie de la Tierra, en combinación con el oxígeno: el agua (H20). La molécula de hidrógeno (H2) contiene una gran cantidad de energía que se libera cuando se quema debido a la reacción con el oxígeno atmosférico.

Con el fin de convertir el agua en hidrógeno, la molécula de H2O debe dividirse en sus componentes esenciales, en este caso utilizando una técnica basada en la utilización de la radiación solar, (sin utilizar combustibles fósiles), y con ninguna otra ayuda, se provocan las reacciones químicas que separan el agua y el hidrógeno de forma similar a las hojas de las plantas. Por esta razón, estos dispositivos se han bautizado como hojas artificiales

El dispositivo se sumerge en una solución acuosa que, cuando se ilumina con una fuente de luz, forma burbujas de gas hidrógeno. En primer lugar, el grupo de investigación utilizó una solución, con un agente oxidante  estudiando la evolución de hidrógeno producido por los fotones. El siguiente desafío, según Iván Mora, miembro del equipo que ha desarrollado la solución, es entender el proceso físico-químico que produce el material semiconductor y su interrelación con el medio acuoso con el fin de agilizar el proceso del dispositivo. 

El desarrollo de la hoja artificial es un gran reto científico debido a la dificultad que plantea la selección de materiales que se utilizan en el proceso, trabajando de manera continua y no en descomposición. El equipo de la Universitat Jaume I es uno de los pocos grupos de investigación a nivel internacional que ha demostrado la viabilidad de un dispositivo de estas características, junto con los laboratorios de América del Norte en el MIT en Boston o NREL en Denver . El líder del grupo de investigación, Juan Bisquert, cree que en comparación con otros dispositivos, el que ha sido desarrollado por su equipo presenta la ventaja de reducir los costos de producción y de una mayor recolección de los fotones incidentes de la luz, utilizándose para la producción de hidrógeno fotones incluso del espectro infrarrojo”.

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