Fabricar hidrógeno

El tema principal de una Conferencia Mundial de la Energía reciente fue las perspectivas para fabricar hidrógeno como combustible, ya que la quema de combustibles fósiles (madera, carbón, petróleo y gas natural) podía estar afectando seriamente al clima terrestre. Todos estos combustibles contienen átomos de carbón que, al quemarse, se combinan con el oxígeno para formar dióxido de carbono, mientras que los átomos de hidrógeno se combinan con el oxígeno para formar agua.

El dióxido de carbono tiende a retener calor, y al quemar combustible se bombean millones de toneladas de dióxido de carbono al aire, de manera que la Tierra experimenta una tendencia al calentamiento, conocida como «efecto invernadero». Puesto que a la larga puede ser catastrófico, se debería dejar de quemar átomos de carbono y habría que concentrarse en los de hidrógeno. La formación de agua no hace ningún daño.

Pero el hidrógeno no se encuentra como tal en la Tierra. El que existe está combinado con otros tipos de átomos y debe ser forzado a deshacer esas combinaciones. El modo más fácil de hacerlo es romper los enlaces carbono-hidrógeno del gas natural y almacenar el hidrógeno. Al hacerlo, sin embargo, se forma dióxido de carbono, que es lo que no conviene.

Un modo de conseguir hidrógeno sin producir dióxido de carbono es a partir del agua, formada por una combinación de oxígeno e hidrógeno. Si los enlaces se rompen, se puede almacenar el hidrógeno y liberar el oxígeno a la atmósfera, donde no será perjudicial. Además, al quemar el hidrógeno, se combinará de nuevo con el oxígeno para formar agua otra vez.

Para separar el agua en hidrógeno y oxígeno hay que hacer pasar por ella una corriente eléctrica, un proceso llamado «electrólisis». Pero una corriente eléctrica es una forma de energía que se obtiene de forma más barata y más sencilla quemando carbón, petróleo o gas y que produce dióxido de carbono que, de nuevo, es lo que no conviene.

Por tanto, se debe producir corriente eléctrica utilizando alguna forma de energía que no implique la quema de combustible. Para este propósito se pueden usar los saltos de agua (como en las cataratas del Niágara), la energía eólica o la fisión nuclear. Las cataratas están restringidas a determinadas zonas, el viento es irregular y la gente teme la fisión nuclear. Una alternativa lógica es el uso directo de la energía solar.

La luz solar, al incidir sobre «células fotoeléctricas», producirá una corriente eléctrica que se podrá utilizar para electrolizar agua y producir hidrógeno. Pero las células fotoeléctricas son caras y, por lo general, poco eficaces. Eso significa que no pueden competir con la quema de combustible como fuente de energía.

Por tanto, se deben hacer todos los esfuerzos posibles para conseguir que las células fotoeléctricas sean más baratas y eficaces. La mayor esperanza parece estar en el uso de sílice, el segundo elemento más común en la corteza terrestre, así que no se agotará. Pero los átomos de sílice sólo existen combinados con otros y es bastante costoso romper los enlaces para preparar la sílice en forma pura, necesaria para las células fotoeléctricas. Por esta razón, cuanto menos sílice se utilice en las células fotoeléctricas, más económicas serán.

En el pasado, la sílice adoptó la forma de cristales en los que los átomos están dispuestos de forma ordenada. Los cristales de sílice pueden convertir en electricidad el 30% de la energía solar que incide sobre ellos, lo que proporciona una eficacia bastante alta. Pero fabricar los cristales es un trabajo laborioso y también se añade a los gastos.

John Ogden y Robert Williams, de la Universidad de Princeton, trabajan con «sílice amorfa» una forma en que los átomos están desordenados. La sílice amorfa es menos eficaz que la cristalina: convierte en electricidad sólo entre el 6 y el 13% de la energía solar que incide en ella. Sin embargo, la sílice amorfa es mucho más fácil de obtener que la cristalina.

Además, sería útil que, en vez de usar cristales gruesos, se empleara una película fina de átomos de sílice pulverizados sobre cristal o plástico. El peso de la película de sílice utilizada para una célula fotoeléctrica sería sólo cinco milésimas partes del peso de los cristales de sílice que se tendría que utilizar. Además, Ogden y Williams señalan que es más fácil preparar una película fina de sílice amorfa que cristalina y que la fabricación de la película se podría automatizar.

A pesar de la menor eficacia de la sílice amorfa, esto significa que podría ser más económico producir una determinada cantidad de electricidad utilizando células fotoeléctricas de película de sílice amorfa que cualquier otro tipo de célula fotoeléctrica conocida en la actualidad.

Por lo tanto, debemos confiar en la posibilidad de que grandes cantidades de células fotoeléctricas de película de sílice dispuestas en serie produzcan enormes cantidades de electricidad a partir de la luz solar. Esta corriente eléctrica se utilizaría para electrolizar agua y producir hidrógeno. Este hidrógeno, por tanto, puede suponer el combustible limpio y no contaminante del futuro.