Desarrollan un sistema líquido que almacena energía solar y produce hidrógeno

Un grupo de investigadores ha desarrollado un sistema que permite el almacenamiento de energía solar en forma líquida, empleando materiales químicos accesibles y disponibles comercialmente. La energía atrapada en el líquido puede liberarse más tarde como hidrógeno, sin depender de electricidad externa. Este avance, publicado en la revista ‘Advanced Materials’, representa un hito para convertir la energía solar en un recurso portátil y adaptable.

El sistema separa los procesos de captación, almacenamiento y liberación de energía solar. Utiliza nitruro de carbono grafítico, un polvo amarillo que actúa como fotocatalizador, y metatungstato de amonio, un compuesto formado por átomos de tungsteno y oxígeno capaz de captar y retener electrones, comportándose como una pequeña batería recargable.

Ambos se mezclan en agua con una proporción reducida de metanol, que cumple un papel esencial: asimila las “cargas positivas” generadas por la interacción de la luz con el nitruro de carbono grafítico, evitando que los electrones se recombinen rápidamente y permitiendo su conservación.

Cuando se expone el nitruro de carbono grafítico a luz azul, se generan pares de electrones y huecos. Los electrones pasan a los cúmulos de tungsteno del metatungstato de amonio, donde se acumulan. Este fenómeno se refleja en un cambio de color del líquido: de amarillo pálido a azul intenso, indicando la reducción de los átomos de tungsteno de un estado de carga +6 a +5 y que la energía solar queda almacenada de forma química.

La transferencia eficiente de electrones es resultado tanto de la atracción electrostática—en medio ácido, la superficie del nitruro de carbono adquiere carga positiva y los cúmulos de tungsteno, negativa—como del buen ajuste de niveles energéticos entre ambos compuestos, que facilita el flujo de electrones sin un impulso externo adicional. De los materiales evaluados, el metatungstato de amonio mostró el mejor rendimiento.

Para convertir la energía almacenada en hidrógeno, los científicos añaden un catalizador de platino sobre carbono a la solución en ausencia de luz. El platino proporciona el sitio donde los electrones almacenados se combinan con protones del agua para formar hidrógeno gaseoso. Así, la captación solar, el almacenamiento de energía y la producción de hidrógeno pueden realizarse en distintos momentos, sin necesidad de conexión continua.

En condiciones de laboratorio, tras una hora de exposición lumínica, el sistema produjo 13,5 micromoles de hidrógeno en oscuridad. La tasa máxima de obtención alcanzó los 3.220 micromoles por gramo y por hora, un récord para un sistema fotocatalítico no iluminado. Los ensayos efectuados bajo luz solar real también fueron exitosos, logrando una tasa de 954 micromoles por gramo y por hora sin recurrir a electricidad externa.

Estudios avanzados confirmaron el mecanismo: pruebas de emisión lumínica mostraron que los electrones permanecen gracias al almacenamiento; la espectroscopía evidenció la reducción de los átomos de tungsteno y mediciones magnéticas detectaron la presencia de esos estados solo después de la exposición a la luz.

Los autores destacaron: “Este sistema demuestra una eficiencia notable en el almacenamiento de energía solar como electrones”.

Esta tecnología permite transportar energía solar capturada en regiones muy soleadas hacia zonas con menos radiación, en formato líquido y sin requerir infraestructuras complejas como cables, baterías o depósitos especializados de hidrógeno. Si futuras investigaciones logran que los electrones almacenados permanezcan estables durante semanas y no solo horas, se podría distribuir energía solar internacionalmente y convertirla en combustible cuando se requiera.

Persisten retos importantes: el sistema depende del metanol como componente esencial y todavía no se ha probado el almacenamiento durante periodos prolongados fuera del laboratorio.

La transformación de la energía solar en un recurso verdaderamente transportable y accesible está cada vez más cerca, a la espera de que nuevas investigaciones superen las limitaciones actuales y permitan llevar este avance desde el laboratorio hasta aplicaciones reales.