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Nuevos nanomateriales tridimensionales para generar energía renovable

Actualmente se trabaja intensamente en la creación de nuevos materiales para explotar fuentes de energía renovables, virtualmente inagotables. La descomposición fotoelectroquímica del agua se está desarrollando rápidamente y representa una buena aproximación para transformar energía solar en hidrógeno, una fuente de energía limpia que se puede almacenar. En este sentido, se ha investigado el óxido de tungsteno (WOx, también conocido como óxido de wolframio) como material para la generación fotoelectroquímica de hidrógeno, es decir, mediante una reacción electroquímica inducida por un efecto fotoeléctrico.

En estos dispositivos, que ofrecen un rendimiento suficientemente bueno para poderlos utilizar en la generación de hidrógeno de manera efectiva, la superficie del material semiconductor nanoestructurado absorbe la energía solar y actúa como electrodo para la electrólisis del agua, su descomposición en oxígeno e hidrógeno. A pesar de todo, con una capacidad de absorber el 12% del espectro solar y con un límite teórico relativamente bajo por la fotocorriente generada bajo iluminación solar, el material parece lejos de ofrecer las prestaciones necesarias para una aplicación práctica.

En este marco, investigadores del grupo Microsistemas y Nanotecnologías para el Análisis Químico (Minos) de la Universidad Rovira i Virgili (URV) y la Universidad Tecnológica de Brno, en la República Checa, sacan a la luz nuevos nanomateriales tridimensionales con propiedades fotoelectroquímicas para la generación de energía. Los resultados se publican en la revista Nano Energy.

En el estudio se han desarrollado agrupaciones autoorganizadas de columnas de óxido de tungsteno mediante la técnica de anodización (un tratamiento de protección que se aplica a los metales a través de la cual se crea una capa de óxido superficial más grande que la que se formaría naturalmente) asistida por óxido de titanio y alúmina porosa anódica, un óxido de aluminio preparado por medios electroquímicos.

Empleando diferentes condiciones de anodización, se han obtenido diferentes nanoestructuras en forma de columnas (con diferentes diámetros y alturas). Variando las condiciones del tratamiento posterior, a 500-550 °C en vacío o aire, junto con la disolución selectiva de la alúmina porosa anódica, se ha podido controlar la composición de las nanocolumnas de óxido de tungsteno, su estructura cristalina y las propiedades eléctricas.

A pesar de que esta vivienda tiene un consumo elevado de 40kWh/día, ya que dispone de importantes consumos eléctricos como son la bomba de calor y el coche eléctrico, esta familia ha conseguido prácticamente eliminar su consumo energético de la red eléctrica.

Con esta instalación se prevén ahorros de más del 90% de la energía consumida. Para conseguir un ahorro energético tan importante ha sido necesario instalar un sistema de acumulación con baterías de plomo y un gestor energético que permita monitorizar e incluso controlar los consumos eléctricos. Las baterías permiten gestionar los excedentes energéticos de la energía fotovoltaica que serán aprovechados en los momentos de consumo en los que no hay radiación solar. El control de carga y descarga de las baterías es realizado con el inversor de baterías Sunny Island. La utilización de un gestor energético y de monitorización permite tener la visibilidad del consumo energético, estado de baterías y generación fotovoltaica además de poder controlar el accionamiento de consumos eléctricos, como por ejemplo el coche eléctrico.