Investigadora del AMTC diseña estructuras nanoscópicas para la generación de hidrógeno verde

La propuesta de la Dra. Rosales de realizar la disociación del agua empleando energía solar y fotocatalizadores nanoscópicos fototérmicos es una alternativa a procesos fotovoltaicos.

La investigadora del AMTC, Dra. Maibelin Rosales, diseñó estructuras nanoscópicas para la generación de hidrógeno verde. El año pasado fue ganadora de fondos del Concurso Fondecyt de Posdoctorado 2022, con una propuesta para diseñar semiconductores fototermales nanoestructurados que permitan la producción de hidrógeno verde mediante energía solar.

Este proyecto se justifica, según la investigadora, en que cerca del 95% de la actual producción comercial de hidrógeno proviene de un proceso que consume mucha energía y que va acompañado de la liberación de grandes cantidades de CO2. Una manera de producir hidrógeno verde, sin la participación de combustibles fósiles, es la electrólisis del agua, la cual usa corriente eléctrica para disociar la molécula de H2O en hidrógeno y oxígeno, pero es un proceso que también demanda mucha energía como para ser competitivo. 

Así nace la propuesta de la Dra. Rosales de realizar la disociación del agua empleando energía solar y fotocatalizadores nanoscópicos fototérmicos como alternativa a procesos fotovoltaicos o fotoelectroquímicos que requieren sistemas complejos para convertir la energía solar en hidrógeno. Las propiedades mejoradas de los nanomateriales junto a su capacidad inherente de producir calor permitirán aumentar la eficiencia de fotoproducción de H2

“Mi trabajo en el primer año y medio del proyecto consistió en el diseño, síntesis y caracterización de nanomateriales con capacidades fotoactivas y fototérmicas al mismo tiempo; pero no solo estoy trabajando en el diseño a escala nanométrica, sino que además estoy variando las formas y las morfologías de estos nanomateriales, a fin de adaptar sus propiedades y que cumplan dos funciones: que sean fotocatalizadores, es decir que se activen con luz solar, y que puedan generar calor por sí mismos. De esa forma ayudarían a que el proceso de producción del hidrógeno verde sea más eficiente” cuenta la Dra. Rosales.

Diseño de las nanoestructuras

El diseño y síntesis de las nanoestructuras fueron hechos en dos variantes: con dióxido de estaño y con óxido de cobre. Esta labor fue íntegramente realizada en Chile y ahora la Dra. Rosales se encuentra en la Universidad McGill, Montreal, para la siguiente etapa del proyecto: estudiar las morfologías de esos semiconductores. 

“Por su tamaño, las nanoestructuras solo se pueden ver mediante microscopía electrónica y en McGill son especialistas en este tipo de materiales basados en óxidos. Aquí tengo todo el conjunto de materiales que he diseñado y los voy a analizar por FE-SEM (“Field-emission scanning electron microscopy”, microscopía electrónica de barrido por emisión de campo) para verificar si conseguí las morfologías que estoy buscando”, explica.

En diciembre la Dra. Rosales regresará a Chile para comprobar las capacidades fotocatalíticas de producción de hidrógeno de las estructuras que fueron exitosamente diseñadas.

La investigadora destaca que su trabajo puede ser de gran interés para nuestro país, al perseguir la producción de energía limpia a partir de la luz del sol: “Dada la gran cantidad de radiación solar existente en su zona norte, Chile podría convertirse en una nación competitiva en la generación de hidrógeno verde de cara a la actual transición energética asegurando el cumplimiento de la descarbonización como meta establecida para el año 2050”.

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