Fotolisis

HIDRÓGENO Y PILAS DE COMBUSTIBLE
N. MOTA, M.C. ALVAREZ-GALVÁN, M.B. POCEIRO, J. ARENALES, R.M. NAVARRO, J.L.G. FIERRO
GRUPO DE ENERGÍA Y QUÍMICA SOSTENIBLE, ICP-CSIC, CANTOBLANCO, 28049 MADRID

Producción de hidrógeno renovable mediante

fotólisis de agua con luz solar

Uno de los métodos más atractivos de producción sostenible de hidrógeno, sin emisiones de
CO2, es mediante utilización de laradiación solar. El interés reside en el enorme potencial que
tiene una energía abundante, aunque diluida, como es la energía solar. Las estimaciones indican
que durante una hora la Tierra recibe del Sol una energía del orden de 14 TW (1 TW = 1018 J/s),
cantidad equivalente a la energía consumida en el planeta a lo largo de un año.

E

sta energía debe fijarse, convertirse y
finalmente almacenarse enforma de
un portador versátil como es el hidrógeno. Si bien la energía solar puede usarse
para producir calor, electricidad o hidrógeno,
la utilización de la luz solar para romper la
molécula de agua y generar hidrógeno es un
proceso de gran interés en cuanto que no
está sometido a las limitaciones asociadas a
la ruptura térmica de la molécula de agua o
con la conversión de la energía solar aelectricidad que puede utilizarse en una segunda
etapa para realizar la electrolisis de agua.
La producción de hidrógeno (y oxígeno)
mediante descomposición fotocatalítica del
agua mediante luz solar, y específicamente
con la parte del espectro solar correspondiente a la región visible (λ = 420-670 nm)
se viene estudiando con intensidad en la última década. Desde el punto de vista termo-

dinámico,la reacción de descomposición de
agua es un proceso altamente endotérmico,
con un cambio grande y positivo en la energía libre de Gibbs (ΔG0 = + 237.2 kJ/mol).
Dado que el agua pura no absorbe la luz
solar, el proceso de ruptura de la molécula
de agua en sus componentes (H2 y O2) necesita la incorporación de un fotocatalizador
capaz de absorber la radiación para realizar
a continuación la reacción.La disociación
del agua en H2 y O2 sobre semiconductores
utilizando luz solar se empezó a estudiar en
detalle a partir de 1972 cuando se construyó
el primer dispositivo que permitió romper la
molécula de agua [1]. El fotocatalizador más
utilizado para este propósito ha sido el TiO2.
Este sistema presenta una elevada actividad
en la reacción pero requiere la utilización de
luz ultravioleta. Estapeculiaridad limita seriamente la aplicación del TiO2 en la reacción

de disociación del agua.
H2O + h.n → H2 + ½ O2

(1)

La eficiencia de este proceso viene determinada principalmente por las propiedades
foto-físicas y la morfología del fotocatalizador empleado. Los desarrollos realizados
han sido notables en este campo a lo largo
de los últimos años, aún considerando que
la máxima eficienciaalcanzada (próxima a
2,5%) todavía está alejada de una aplicación
práctica. Conforme al estado del arte de esta
tecnología, la aplicación comercial de la producción de hidrógeno mediante la energía
fotónica del espectro visible requiere desarrollos importantes en la ciencia e ingeniería hasta conseguir fotocatalizadores activos
y estables en la reacción de disociación. En
una revisión reciente[2],hemos analizado no
solo los requerimientos energéticos que de-

Figura 2. Velocidad de
producción de hidrógeno
a partir de una disolución
acuosa que contiene el
agente de sacrificio Na2S
+ Na2SO3 utilizando luz
visible y el fotocatalizador Cd0.8Zn0.2S
tratados en flujo de He a
distintas temperaturas.

Figura 1.
Representación
esquemática
del concepto de
descomposición
de agua en una
suspensión departículas del
fotocatalizador.

84

energética

xxi

· Nº 113 · SEPTIEMBRE11

HIDRÓGENO Y PILAS DE COMBUSTIBLE

ben cumplir los semiconductores activos en
la reacción sino también algunos ejemplos
de óxidos y sulfuros con una configuración
electrónica d0 y d10 que se han utilizado con
éxito para producir H2 con luz solar en condiciones de reacción muy suaves (temperatura
ambiente y presión...