La generació de combustibles solars és una manera de produir combustible basada a generar reaccions químiques utilitzant la radiació de l'energia solar. Aquests processos químics permeten generar energia que altrament provenia d'una font de combustible fòssil o de l'energia nuclear.
Un gran avantatge de la generació de combustibles solars és que es pot transportar i emmagatzemar amb facilitat. Tot i això, afegir un pas en la generació de l'energia elèctrica (la generació de combustible) implica una reducció de l'eficiència: afegir un pas addicional entre l'emmagatzematge d'energia i la producció d'electricitat disminueix dràsticament l'eficiència del procés general.
El resultat és un combustible líquid generat a partir d‟una font d‟energia renovable i sostenible.
Tipus de reaccions químiques solars
Les reaccions químiques induïdes pel Sol es poden dividir en:
Reacció termoquímica
Una reacció termoquímica és una reacció química on s'experimenta una transformació termodinàmica. En altres paraules, és una reacció que genera o absorbeix energia tèrmica.
Reacció fotoquímica
Les reaccions fotoquímiques generen interaccions entre els àtoms, les molècules petites i la llum. La fotoquímica hi ha dues lleis físiques molt importants:
-
La primera llei de la fotoquímica estableix que la llum ha de ser absorbida per una substància química perquè doni lloc a una reacció fotoquímica.
-
La segona llei de la fotoquímica estableix que, per a cada fotó de llum absorbit per un sistema químic, només una molècula és activada per a una reacció fotoquímica.
Què és la química solar?
La química solar fa referència a una sèrie de possibles processos que aprofiten l'energia solar en absorbir la llum solar en una reacció química. La idea és conceptualment similar a la fotosíntesi a les plantes, que converteix l'energia solar en els enllaços químics de les molècules de glucosa, però sense fer servir organismes vius.
Un enfocament prometedor és utilitzar la llum solar enfocada per proporcionar lenergia necessària per separar lhidrogen i loxigen de laigua en presència dun catalitzador metàl·lic com el zinc.
Un altre enfocament consisteix a prendre l'hidrogen creat en aquest procés i combinar-ho amb diòxid de carboni per crear metà. El benefici d'aquest enfocament és que hi ha una infraestructura establerta per transportar i cremar metà per generar energia, cosa que no és certa per a l'hidrogen.
El principal inconvenient daquests dos enfocaments és comú a la majoria dels mètodes demmagatzematge denergia: afegir un pas addicional entre lemmagatzematge denergia i la producció delectricitat disminueix dràsticament leficiència del procés general.
En què consisteix la fotosíntesi artificial?
La fotosíntesi artificial és un procés químic que imita el procés natural de la fotosíntesi, que converteix la llum del sol, aigua i diòxid de carboni en hidrats de carboni i oxigen.
El terme generalment es refereix a qualsevol sistema per capturar i emmagatzemar lenergia de la llum solar en els enllaços químics dun combustible (combustible solar). La dissociació fotocatalítica de laigua converteix laigua en hidrogen i oxigen. La reducció fotoquímica del diòxid de carboni és un altre procés en estudi i reprodueix la fixació natural del carboni.
La investigació desenvolupada en aquest camp inclou:
-
El disseny i la construcció de dispositius per a la producció directa de combustibles solars
-
La química fotoelèctrica i les seves aplicacions en cel·les de combustible
-
L'enginyeria d'enzims i microorganismes fotoautotròfics per als biocombustibles microbians i la producció de biohidrogen a partir de la llum solar.
Perspectives de futur del combustible solar
Un dels desafiaments actuals és el desenvolupament de la química catalítica multielectrònica involucrada en la fabricació de combustibles a base de carboni (com el metanol) a partir de la reducció del diòxid de carboni.
Una alternativa viable és l'hidrogen. Aquesta tècnica requereix dominar loxidació multielectró de dues molècules daigua a oxigen molecular.
A determinats sectors, es preveu treballar amb plantes de combustible solar en àrees costaneres metropolitanes per a l'any 2050.
Les tecnologies de producció d'hidrogen han estat una àrea important dels equips d'investigadors en química solar des de la dècada de 1970. A banda de l'electròlisi impulsada per cèl·lules fotovoltaiques o fotoquímiques, també s'han explorat diversos processos termoquímics.
Un altre enfocament utilitza la calor dels concentradors solars per impulsar la reformació amb vapor del gas natural, cosa que augmenta el rendiment global d'hidrogen en comparació dels mètodes de reformat convencionals. Els cicles termoquímics caracteritzats per la descomposició i la regeneració dels reactius presenten una altra via per a la producció d'hidrogen.