Estudio sobre materiales para la producción de hidrógeno con celdas solares y para su almacenamiento

Abstract

Es importante tener conciencia de los efectos de la degradación del medio ambiente producidos por la generación de energía con combustibles sólidos, etc. Los estudios sobre remediación de esos efectos, son arduos y extendidos en el tiempo. Esto ha impulsado la investigación de formas de generación de energía menos contaminantes. El hidrógeno (H), o los compuestos que lo posean y que puedan liberarlo en forma controlada son una de las respuestas a este problema. La utilización de H como combustible implica la necesidad de almacenarlo. Los sólidos, pueden contener mucha más cantidad de H que cuando está comprimido o en estado líquido, presentando además un mayor índice de seguridad. De esta manera, el H no debe considerarse como una fuente primaria de energía, sino como un vector energético, que es capaz de almacenarla, transportarla y liberarla. El litio (Z=3) y el berilio (Z=4), son elementos livianos, que forman compuestos sólidos estables con el H. Estos materiales se han comenzado a estudiar en forma teórica, tratando de establecer cuál sería el más conveniente para su utilización como reservorio de hidrógeno. Como el H no se encuentra en estado libre, sino en forma de compuestos, se propone obtenerlo del agua por medio de fotoelectrólisis, mediante el uso de celdas solares (CS). Para poder realizar la disociación del agua, se debe generar una diferencia de potencial de aproximadamente 1.8 eV. No es posible conseguir estas diferencias de potencial en cualquier celda solar, por lo que se deben estudiar materiales apropiados para que las CS puedan generar esta energía. Uno de los materiales aplicables a CS que se está estudiando es el TiO2 con impurezas de metales 3d en su estructura. Tal estas puedan generar en el TiO2 (usado en celdas solares) niveles de energía capaces de producir el potencial necesario para disociar el agua, liberando hidrógeno. Para este estudio se deben generar superceldas cristalinas de aproximadamente 100 átomos.