El fotorreactor produce hidrógeno en su techo

Los paneles fotorreactores altamente eficientes pronto podrán producir hidrógeno, gas de síntesis o combustibles sintéticos en sus propios techos. Gracias al diseño optimizado, el sistema modular es adecuado para la producción en masa económica.

Karlsruhe (Alemania). Las plantas pueden producir nuevos compuestos a partir de la luz, el agua y el CO₂ a través de la fotosíntesis. Como explica Paul Kant del Instituto de Ingeniería de Micro Procesos (IMVT) del Instituto de Tecnología de Karlsruhe (KIT), la ciencia ha desarrollado procesos similares en los que la fotosíntesis artificial absorbe fotones con un material fotocatalíticamente activo y luego los utiliza con energía para una reacción química. .

“Ahora se conocen varios fotocatalizadores. Por ejemplo, se pueden usar para dividir el agua en hidrógeno y oxígeno, pero también se pueden usar para producir combustibles neutrales para el clima a partir de agua y dióxido de carbono.

Sin embargo, hasta ahora, las tecnologías para la producción de hidrógeno verde solo podían usarse a escala de laboratorio porque sus costos eran demasiado altos para un uso industrial.

Paneles fotorreactores de alta eficiencia

Investigadores del Instituto de Tecnología de Karlsruhe (KIT) ahora han desarrollado paneles fotorreactores altamente eficientes que pueden integrarse en módulos económicos. Según Kant, estos módulos se pueden instalar en un área grande, por ejemplo, en los techos de las casas y en los parques solares. Por lo tanto, la producción industrial de hidrógeno o combustibles electrónicos se está volviendo más práctica y podría ayudar a combatir el cambio climático.

«Eso puede hacer que el uso de combustibles fósiles sea innecesario».

Según la publicación en la revista especializada Joule, los módulos se basan en un concepto de reactor altamente eficiente adecuado para el mercado masivo. Este contiene un fotocatalizador optimizado que impulsa la reacción química, así como un fotorreactor, es decir, un contenedor para el fotocatalizador y los materiales de partida de la reacción.

«Idealmente, el fotorreactor debería conducir la luz solar entrante al fotocatalizador con poca pérdida, independientemente de la dirección de la que provenga o de dónde esté el sol en el cielo. También es importante que el fotorreactor, debido a su estructura y al material utilizado, garantice condiciones de funcionamiento óptimas para el fotocatalizador, como la temperatura adecuada o la intensidad adecuada cuando absorbe luz al fotocatalizador.

Paneles poliméricos microestructurados

El fotorreactor consta de placas de polímero con una microestructura especial, recubiertas de aluminio para mejorar la reflectividad. Este concepto permite condiciones operativas óptimas y una transferencia efectiva de luz al fotocatalizador durante todo el día. Mediante la optimización de la geometría computacional y un sistema modelo fotocatalítico, los investigadores pudieron desarrollar este sistema y demostrarlo con éxito a escala de laboratorio.

Modelos económicos para el mercado masivo

Una guía general para desarrolladores basada en el análisis del principio del reactor hace que sea relativamente fácil ajustar los módulos del fotorreactor a la máxima eficiencia para diversas aplicaciones. Pero la alta eficiencia de la reacción química por sí sola no es suficiente para anclar la fotosíntesis artificial como una tecnología rentable. Se requieren áreas extremadamente grandes equipadas con paneles fotorreactores para generar cantidades significativas de producto.

«Para reducir costos, utilizamos materiales y geometrías económicos que pueden fabricarse utilizando procesos de producción en masa establecidos».

Según los cálculos iniciales, los investigadores estiman los costes en unos 22 euros por metro cuadrado de módulo de fotorreactor.

Joule, doi: 10.1016/j.joule.2023.05.006