Un plato en el campus de la Escuela Politécnica Federal de Lausana (EPFL), en Suiza, funciona como un árbol artificial. Después de concentrar la radiación solar casi mil veces, un reactor sobre el plato utiliza la luz solar para convertir el agua en hidrógeno, oxígeno y calor. Se trata de la primera demostración a escala de un sistema de producción de hidrógeno solar.
A diferencia de las demostraciones típicas a escala de laboratorio, este sistema de la EPFL incluye todos los dispositivos y componentes auxiliares, lo que ofrece una idea mejor de la eficiencia energética que se puede esperar al considerar el sistema en su conjunto, según explican desde el Laboratorio de Ciencias e Ingeniería de Energías Renovables (LRESE) de la Facultad de Ciencias y Técnicas de Ingeniería de la EPFL. Con una potencia de salida de más de 2 kilovatios, se superó el límite de 1 kilovatio para el reactor piloto y se mantuvo una eficiencia récord para esta gran escala.
“La tasa de producción de hidrógeno lograda durante este trabajo representa un paso verdaderamente alentador hacia la realización comercial de esta tecnología”, asegura Sophia Haussener, directora del LRESE. El trabajo se basa en una investigación preliminar que demuestra la eficacia del concepto a escala de laboratorio, utilizando el simulador solar de alto flujo de LRESE.
Producción de calor y oxígeno a gran escala
La producción de hidrógeno a partir del agua utilizando energía solar se denomina fotosíntesis artificial, pero el sistema LRESE es único en su capacidad para producir calor y oxígeno a gran escala. Una vez que el plato ha concentrado los rayos del sol, el agua se bombea a su punto focal donde se integra un reactor fotoelectroquímico.
En este reactor, las células fotoelectroquímicas utilizan la energía solar para electrolizar o dividir las moléculas de agua en hidrógeno y oxígeno. A su vez, también se produce calor, pero en lugar de ser rechazado como residuo del sistema, pasa a través de un intercambiador de calor para ser aprovechado, por ejemplo, para la calefacción de habitaciones. Y además del hidrógeno y el calor producidos por el sistema, también se recuperan y utilizan las moléculas de oxígeno liberadas por la reacción de fotoelectrólisis.
El sistema es adecuado para aplicaciones industriales, comerciales y residenciales. La spin-off de LRESE, SoHHytec SA, ya está en proceso de implantación y comercialización.
Instalación de demostración a gran escala
Esta puesta en marcha de EPFL está trabajando con una planta de producción de metal con sede en Suiza para construir una instalación de demostración a una escala de varios cientos de kilovatios. Esta última producirá hidrógeno para los procesos de recocido de metales, oxígeno para los hospitales de los alrededores y calor para las necesidades de agua caliente de la planta.
Según los investigadores, con la demostración piloto en la EPFL, se ha dado un paso importante para demostrar una eficiencia sin precedentes a altas densidades de potencia de salida. Se está desarrollando un sistema en un jardín artificial, donde cada uno de los árboles artificiales se despliega de manera modular. El sistema podría usarse para proporcionar calefacción central y agua caliente a hogares y empresas, y para alimentar celdas de combustible de hidrógeno.
Con una producción de alrededor de medio kilogramo de hidrógeno solar por día, el sistema del campus de la EPFL podría alimentar alrededor de 1,5 vehículos de celdas de combustible de hidrógeno que recorren una distancia anual promedio. También podría satisfacer la mitad de la demanda de electricidad y cubrir más de la mitad de las necesidades anuales de calefacción de un hogar suizo típico de cuatro personas.