Separar o hidrogênio das moléculas de água por meio de eletrólise requer energia, que, idealmente, deve vir de fontes renováveis. Cientistas do Instituto Fraunhofer de Sistemas de Energia Solar (ISE) desenvolveram um módulo combinado fotovoltaico/eletrolítico capaz de produzir hidrogênio diretamente a partir da energia solar com alta eficiência. O princípio consiste em utilizar a alta fototensão de células solares multijunção para decompor as moléculas de água, estando essas células conectadas elétrica e termicamente às células do eletrolisador. Um demonstrador testado pela equipe em campo converteu até 31,3% da energia solar em energia química, com base no poder calorífico superior do hidrogênio.

“Para o módulo fotovoltaico/eletrolítico que desenvolvemos, utilizamos a chamada tecnologia fotovoltaica de concentração,” explica o Dr. Juan Francisco Martínez Sánchez, gerente do projeto no Fraunhofer ISE. “Um conjunto de lentes de Fresnel concentra a luz solar direta em células solares III-V de alta eficiência, que, nesta aplicação, apresentam tensão de circuito aberto superior a 4 volts.” As células solares III-V estão entre as mais eficientes do mundo e são comprovadamente estáveis a longo prazo. Atualmente, são utilizadas principalmente no setor espacial, mas também podem gerar eletricidade de forma econômica na Terra quando integradas em módulos de concentração solar.

“Para a produção de hidrogênio, conectamos essas células solares diretamente aos cátodos e ânodos de duas células de eletrolisador PEM em série, alcançando assim uma correspondência perfeita entre as características elétricas de ambos,” acrescenta o Dr. Tom Smolinka, chefe do departamento de eletrólise por membrana do Fraunhofer ISE. Dessa forma, a eletricidade gerada pelas células solares é utilizada diretamente para a produção de hidrogênio, sem qualquer etapa intermediária de conversão, evitando perdas. Nos testes de campo, o demonstrador do novo módulo fotovoltaico/eletrolítico, com área de lente de 64 centímetros quadrados, converteu até 31,3% da energia solar em energia química, com base no poder calorífico superior do hidrogênio.

“Nosso novo recorde demonstra que a luz solar pode ser usada diretamente para produzir hidrogênio com alta eficiência,” afirma o Dr. Frank Dimroth, chefe do departamento de Fotovoltaica III-V e Tecnologia de Concentração do Fraunhofer ISE. “Este desenvolvimento ainda está em estágio inicial, e é difícil prever quando conseguiremos alcançar um sistema competitivo. Para avançar ainda mais esse conceito, estamos buscando investidores para a startup que planejamos criar, a Clearsun Energy.”