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Los científicos dirigidos por el Instituto de Tecnología de Karlsruhe han diseñado fotorreactores en forma de panel que se basan en un fotocatalizador que divide el agua y que podría producir hidrógeno en los techos o granjas solares dedicadas. Afirman que los fotorreactores tienen un alto potencial económico debido a sus costos ‘extremadamente’ bajos.

Imagen: Instituto de Tecnología de Karlsruhe (KIT)
Un equipo de investigación dirigido por el Instituto de Tecnología de Karlsruhe (KIT) en Alemania ha desarrollado fotorreactores tipo panel que usan un fotocatalizador que divide el agua para producir hidrógeno en los techos o granjas solares dedicadas.
«Ahora se conocen varios fotocatalizadores», dijo Paul Kant del Instituto de Ingeniería de Micro Procesos (IMVT) en KIT. “Se pueden usar, por ejemplo, para dividir el agua en hidrógeno y oxígeno, o para producir combustibles neutrales para el clima a partir de agua y dióxido de carbono”.
Los sistemas propuestos imitan el proceso de fotosíntesis y utilizan un fotocatalizador para impulsar la reacción química necesaria para la electrólisis. Los fotorreactores contienen el fotocatalizador y los propios materiales para la reacción química.
«El método de diseño y el diseño base son aplicables a cualquier líquido, gas o sistema fotocatalítico heterogéneo multifásico que recolecte luz solar», afirmaron los científicos. «Sin embargo, para garantizar la comparabilidad con otros enfoques, el método de diseño y el fotorreactor resultante se demuestran experimentalmente con el sistema fotocatalítico de oxalato de hierro (III) de potasio establecido, disponible comercialmente y confiable».
El fotorreactor está hecho de cientos de canales de reacción paralelos, cada uno de los cuales incorpora un concentrador en forma de V y una cavidad en forma de tubo. El concentrador en forma de V recoge la luz de varias direcciones incidentes y la conduce a una cavidad espejada en forma de tubo, que encierra el volumen de reacción. “Idealmente, el fotorreactor debería conducir la luz solar entrante al fotocatalizador con poca pérdida, independientemente de la dirección de donde provenga o de dónde se encuentre el sol en el cielo”, dijo Kant.
Los paneles de polímero microestructurado están recubiertos con aluminio para una alta reflectividad y, según el grupo alemán, permiten condiciones óptimas de funcionamiento y un transporte eficiente de la luz al fotocatalizador durante todo el día.
Los investigadores creen que esta configuración del sistema puede conducir a la fabricación de bajo costo y alta eficiencia en un futuro cercano.
“Al estar fabricados solo con tres partes de polímero, todas producidas a través de técnicas de fabricación en masa establecidas, el costo del material de los componentes del reactor se estima en el rango de 9,4 $ m2”, explicaron. “Incluyendo un catalizador con un valor de $1 millón por tonelada, la estimación del costo del material del sistema fotorreactor aumenta a aproximadamente 22 $ m2”.
Presentaron el concepto novedoso en el estudio » Fotorreactores de bajo costo para síntesis impulsada por energía solar altamente eficiente en energía y fotones «, que se publicó recientemente en Joule . El equipo de investigación incluye académicos de la Universidad de Toronto en Canadá.
“Una mayor optimización del fotorreactor debería abordar la fabricación de los componentes clave de los polímeros y la consideración de aspectos del mundo real, como el envejecimiento de los polímeros y los recubrimientos ópticos, así como desafíos como la acumulación de polvo en la superficie bastante complicada de la apertura del fotorreactor. ”, concluyeron.
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