Cómo funciona el nuevo sistema alemán que convierte luz solar en combustible de hidrógeno

El equipo científico del Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems (ISE), ubicado en Freiburg, Baden-Württemberg, presentó en Alemania un avance que promete transformar el futuro de la energía limpia: un módulo solar capaz de convertir hasta el 31,3% de la luz solar en hidrógeno. La nueva tecnología acerca la producción de combustible verde a una escala comercial y reduce los pasos intermedios entre la captación de energía solar y la obtención de hidrógeno.

El sistema diseñado por los investigadores del Fraunhofer ISE elimina la necesidad de convertir primero la energía solar en electricidad para después alimentar los electrolizadores. De acuerdo con declaraciones de Frank Dimroth, físico especializado en células solares de alta eficiencia y director del Departamento de Tecnología Fotovoltaica III-V y Concentradores, “nuestro nuevo récord demuestra que se puede producir hidrógeno de manera muy eficiente directamente a partir de la luz solar”.

La clave del desarrollo reside en la integración de células fotovoltaicas de concentración con células de electrólisis de membrana de intercambio protónico (PEM).

En el sistema, la luz directa del sol se concentra mediante una matriz de lentes de Fresnel, enfocando la radiación sobre células solares de tipo III-V, reconocidas por su alto rendimiento y durabilidad. Estas células generan un voltaje de circuito abierto superior a cuatro voltios, suficiente para alimentar el proceso de electrólisis sin necesidad de conversiones adicionales.

Así se realiza la conversión

El equipo de Fraunhofer ISE conectó las células solares directamente a los polos de dos células de electrólisis PEM dispuestas en serie. Al ajustar cuidadosamente las características eléctricas de ambos componentes, lograron transferir toda la electricidad generada por la luz solar de forma inmediata al proceso de separación del agua, evitando así pérdidas por conversiones intermedias de energía.

Según explicó Tom Smolinka, responsable del departamento de electrólisis por membrana de la institución, “para la producción de hidrógeno, conectamos estas células solares directamente al cátodo y al ánodo de dos células de electrólisis PEM en serie, consiguiendo una coincidencia perfecta entre ambas características eléctricas”.

El sistema demostró su funcionamiento en condiciones reales al aire libre, con un módulo de apenas 64 centímetros cuadrados (9,92 pulgadas cuadradas) de área de lente. Durante las pruebas, el dispositivo convirtió el 31,3% de la energía solar incidente en hidrógeno, resultado calculado según el valor calorífico superior del combustible.

Tecnología detrás del avance

Las células solares III-V que utiliza el sistema han sido empleadas históricamente en misiones espaciales por su eficiencia y resistencia. Ahora, los científicos del Fraunhofer ISE consideran que los sistemas de concentración fotovoltaica pueden hacer económicamente viable su uso en aplicaciones terrestres. El diseño integrado, que une la captación solar y la electrólisis en un solo módulo, abre la puerta a una producción más eficiente de hidrógeno verde.

Juan Francisco Martínez Sánchez, responsable del proyecto en el instituto, explicó que el sistema se basa en la concentración de luz solar sobre células de alto rendimiento para generar el voltaje necesario que impulsa la electrólisis directamente. “Para los módulos fotovoltaicos/electrolizadores que hemos desarrollado, utilizamos lo que se conoce como fotovoltaica de concentración”, señaló el científico.

Próximos pasos y perspectivas comerciales

Aunque el prototipo alcanzó una eficiencia récord, los investigadores del Fraunhofer ISE advierten que la tecnología todavía se encuentra en una fase inicial de desarrollo. “El desarrollo aún está en sus primeras etapas y es difícil anticipar cuándo podremos contar con sistemas competitivos”, comentó Dimroth en una nota de prensa.

El equipo ahora busca inversores que permitan avanzar hacia la comercialización, con la intención de crear una empresa derivada llamada Clearsun Energy.

Este avance podría impulsar la producción de combustible renovable y contribuir a reducir la dependencia de fuentes fósiles en el sector energético global.