Investigadores de la Universidad de Cambridge han desarrollado un dispositivo flotante alimentado por energía solar que puede convertir agua contaminada o agua de mar en combustible de hidrógeno limpio y agua purificada, en cualquier lugar del mundo. El dispositivo, podría ser útil en entornos con recursos limitados o sin conexión a la red eléctrica, ya que funciona con cualquier fuente de agua abierta y no requiere energía externa.

Como informaron desde la universidad británica, el dispositivo se inspira en la fotosíntesis, el proceso por el que las plantas convierten la luz solar en alimento. Sin embargo, a diferencia de las versiones anteriores de la "hoja artificial", que podían producir combustible de hidrógeno verde a partir de fuentes de agua limpia, este nuevo dispositivo funciona a partir de fuentes contaminadas o de agua de mar y puede producir al mismo tiempo agua potable limpia.

Las pruebas del dispositivo demostraron que era capaz de producir agua limpia a partir de agua muy contaminada, agua de mar e incluso del río Cam, en el centro de Cambridge. Los resultados se publican en la revista Nature Water.

“Reunir la producción de combustibles solares y la purificación del agua en un solo dispositivo es complicado”, explicó Chanon Pornrungroj, del Departamento de Química Yusuf Hamied de Cambridge y coautor del artículo. “La división del agua por energía solar, en la que las moléculas de agua se descomponen en hidrógeno y oxígeno, necesita partir de agua totalmente pura porque cualquier contaminante puede envenenar el catalizador o provocar reacciones químicas secundarias no deseadas”, añadió.

“En regiones remotas o en vías de desarrollo, donde el agua limpia es relativamente escasa y no se dispone fácilmente de la infraestructura necesaria para su purificación, la división del agua es extremadamente difícil”, afirmó el coautor Ariffin Mohamad Annuar. “Un dispositivo que pudiera funcionar utilizando agua contaminada podría resolver dos problemas a la vez: podría dividir el agua para fabricar combustible limpio y podría fabricar agua potable limpia”, indicó.

Proceso de creación

Pornrungroj y Mohamad Annuar, ambos miembros del grupo de investigación del profesor Erwin Reisner, idearon un diseño que hacía precisamente eso. Depositaron un fotocatalizador sobre una malla de carbono nanoestructurada que absorbe bien la luz y el calor, generando el vapor de agua que el fotocatalizador utiliza para crear hidrógeno. La malla porosa de carbono, tratada para repeler el agua, sirve tanto para ayudar a flotar al fotocatalizador como para mantenerlo alejado del agua que hay debajo, de modo que los contaminantes no interfieran en su funcionalidad.

Además, el nuevo dispositivo utiliza más energía del sol. “El proceso de producción de combustibles solares basado en la luz sólo utiliza una pequeña parte del espectro solar, pero hay una gran parte que no se aprovecha”, explicó Mohamad Annuar. El equipo utilizó una capa blanca que absorbe la luz ultravioleta en la parte superior del dispositivo flotante para producir hidrógeno mediante la división del agua. El resto de la luz del espectro solar se transmite a la parte inferior del dispositivo, que vaporiza el agua.

“Así aprovechamos mejor la luz: obtenemos el vapor para la producción de hidrógeno y el resto es vapor de agua”, explica Pornrungroj. “De este modo, estamos imitando realmente una hoja real, ya que ahora hemos podido incorporar el proceso de transpiración”.

Un dispositivo capaz de producir combustible y agua limpios a la vez utilizando sólo energía solar podría ayudar a resolver las crisis energética e hídrica a las que se enfrentan tantas partes del mundo. Por ejemplo, la contaminación del aire interior causada por cocinar con combustibles "sucios", como el queroseno, es responsable de más de tres millones de muertes al año, según la Organización Mundial de la Salud. Cocinar con hidrógeno verde podría ayudar a reducir esa cifra de forma significativa. Además, 1.800 millones de personas carecen de agua potable en sus hogares.

“Además, su diseño es muy sencillo: en unos pocos pasos podemos construir un dispositivo que funciona bien con agua de una gran variedad de fuentes”, explicó Mohamad Annuar. “Es muy tolerante a los contaminantes, y el diseño flotante permite que el sustrato funcione en aguas muy turbias o fangosas”, apuntó Pornrungroj. “Es un sistema muy versátil”.

“Nuestro dispositivo es aún una prueba de principio, pero este es el tipo de soluciones que necesitaremos si queremos desarrollar una economía verdaderamente circular y un futuro sostenible”, dijo Reisner, que dirigió la investigación. La investigación ha sido financiada en parte por el programa Horizonte 2020 de la Comisión Europea, el Consejo Europeo de Investigación, el Cambridge Trust, el Petronas Education Sponsorship Programme y el Winton Programme for the Physics of Sustainability.