Un equipo de investigadores dirigido por los profesores Seungho Cho y Kwanyong Seo de la Escuela de Energía e Ingeniería Química de la UNIST, en colaboración con el equipo del profesor Ji-Wook Jang del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la UNIST, ha desarrollado una tecnología para la producción de hidrógeno (H 2 ).
Por JooHyeon Heo, Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología de Ulsan
Su investigación se publica en la revista Nature Communications .
Este innovador método utiliza biomasa derivada de desechos de caña de azúcar y fotoelectrodos de silicio para generar H 2 utilizando exclusivamente luz solar, logrando una tasa de producción cuatro veces mayor que el punto de referencia de comercialización establecido por el Departamento de Energía de Estados Unidos (DOE).
El H₂ se reconoce como un combustible de nueva generación, ya que no emite gases de efecto invernadero al quemarse y almacena energía a una densidad 2,7 veces mayor que la de la gasolina. A pesar de ello, la mayor parte del H₂ producido actualmente se deriva del gas natural , un proceso que genera importantes emisiones de dióxido de carbono.
El equipo de investigación ha desarrollado un sistema de producción fotoelectroquímica (PEC) de H 2 que facilita la producción de H 2 sin emisiones de dióxido de carbono (CO 2 ) mediante el uso de furfural extraído de residuos de caña de azúcar.
En este sistema, el furfural se oxida en el electrodo de cobre para producir H 2 , y el material residual se convierte en ácido furoico, un producto de alto valor.
En este sistema, se produce H₂ en ambos electrodos. En el fotoelectrodo de silicio opuesto, el agua también se divide para producir H₂ . Este mecanismo de producción dual duplica teóricamente la tasa de producción en comparación con los sistemas PEC convencionales, con un rendimiento real de 1,4 mmol/cm₂ · h, casi cuatro veces el objetivo del Departamento de Energía de EE. UU. de 0,36 mmol/cm₂ · h.
El proceso de producción de H₂ comienza cuando el fotoelectrodo absorbe la luz solar y genera electrones. Los fotoelectrodos de silicio cristalino son ventajosos para la producción de H₂ debido a su capacidad para generar una cantidad significativa de electrones. Sin embargo, el bajo voltaje generado (0,6 V) dificulta el inicio de las reacciones de producción de H₂ sin alimentación externa.
El equipo de investigación abordó este problema introduciendo la reacción de oxidación del furfural en el electrodo opuesto para equilibrar el voltaje del sistema.
Este enfoque conserva la alta densidad de fotocorriente característica de los fotoelectrodos de silicio cristalino, a la vez que alivia la carga de voltaje en todo el sistema, lo que permite la producción de H₂ sin necesidad de alimentación externa. La densidad de fotocorriente se refiere al flujo de electrones por unidad de área y está directamente relacionada con las tasas de producción de H₂ .
Además, este sistema emplea una estructura de contacto posterior entrelazado (IBC) para minimizar las pérdidas de voltaje dentro del fotoelectrodo y envuelve el electrodo en una lámina de níquel y capas de vidrio para protegerlo del electrolito, lo que garantiza la estabilidad a largo plazo.
La estructura sumergida del fotoelectrodo de silicio proporciona un efecto de autoenfriamiento, demostrando una eficiencia y estabilidad superiores en comparación con las estructuras de acoplamiento externas, donde la batería que genera electricidad a través de la descomposición del agua y el electrolizador que produce H 2 son entidades separadas.
El profesor Jang afirmó: «Esta tecnología logra una tasa de producción de H2 a partir de energía solar cuatro veces mayor que el estándar de comercialización establecido por el Departamento de Energía de los EE. UU., lo que desempeña un papel crucial para mejorar la viabilidad económica del H2 solar y garantizar precios competitivos frente al H2 basado en combustibles fósiles «.
Más información: Myohwa Ko et al., Acoplamiento de la oxidación del furfural para la producción de hidrógeno sin polarización mediante fotoelectrodos de silicio cristalino, Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-58000-4
