El sistema usa nanopartículas de aluminio para eliminar el oxígeno de las moléculas de agua a temperatura ambiente y extrae en el proceso grandes cantidades de hidrógeno ‘verde’
El nuevo método extrae hidrógeno del agua a temperatura ambiente. (Rafael Classen)
Por
Omar Kardoudi
02/09/2022
El hidrógeno es el elemento más abundante en la Tierra y desde hace ya tiempo es también una de las grandes promesas de la energía del futuro. El gran problema para su adopción es que los métodos tradicionales que se emplean para extraerlo utilizan combustibles fósiles durante el proceso. Pero ahora, un grupo de investigadores ha creado un nuevo método a base de nanopartículas de aluminio que puede realizar la extracción de grandes cantidades de hidrógeno del agua de manera limpia y a bajo coste.
El hidrógeno es un combustible que si se extrae de manera ‘limpia’ puede alimentar coches, trenes y aviones o almacenar la energía que producen las fuentes renovables. Sin embargo, a pesar de su abundancia en nuestro planeta, es raro encontrar hidrógeno en su estado puro.
Los métodos de extracción que se emplean en la actualidad —fundamentalmente la hidrólisis y la extracción térmica— son en su mayoría caros y utilizan grandes cantidades de combustibles fósiles que contribuyen al aumento de la temperatura del planeta. Un informe de 2018 de la Agencia Internacional de la Energía aseguraba que el 96% del hidrógeno que se produce en el mundo los utiliza. Y, según el Departamento de Energía de los EEUU, el coste por kilogramo de hidrógeno verde el verano pasado era de cinco dólares por kilo, aunque ya han propuesto iniciativas que tienen como objetivo reducirlo a un dólar por kilo dentro de 10 años.
El nuevo método usa aluminio y galio para genera una gran cantidad de hidrógeno. (UCSC)
Esto lo hace inviable como fuente de energía alternativa, sin embargo, los investigadores están desarrollando nuevos métodos de extracción más sencillos y ‘verdes’. Es el caso de un grupo de investigadores de la Universidad de California, Santa Cruz (UCSC), que ha descrito en un artículo publicado en la revista Applied Nano Materials un nuevo método, sencillo, barato y con gran capacidad de extracción.
Con este método, asegura el científico de materiales Scott Oliver, co-autor principal de la publicación, «no necesitamos ningún aporte de energía y burbujea hidrógeno como loco. Nunca había visto algo parecido».
Cómo funciona
Bakthan Singaram, el otro autor del estudio, asegura que la idea surgió de una conversación que mantuvo con un estudiante. Éste había visto algunos vídeos en internet que le llevaron a experimentar con la extracción de hidrógeno mediante aluminio y galio en la cocina de su casa.
«No lo estaba haciendo de forma científica, así que le puse en contacto con un estudiante de posgrado para hacer un estudio sistemático. Pensé que sería un buen trabajo de fin de carrera para él medir la producción de hidrógeno a partir de diferentes proporciones de galio y aluminio», explica Singaram.
Esta reacción del aluminio y el galio con el agua se conoce desde la década de 1970 y funciona porque el galio —un líquido que se encuentra justo por encima de la temperatura ambiente— elimina el revestimiento pasivo de óxido de aluminio, lo que permite el contacto directo del aluminio con el agua.
El nuevo estudio, sin embargo, es más sofisticado y toma en cuenta trabajos anteriores de otros investigadores que han utilizado aleaciones más complejas. Singaram y Oliver descubrieron que la producción de hidrógeno aumentaba radicalmente con un compuesto rico en galio. Oliver sugirió que la formación de nanopartículas de aluminio podría explicar el aumento de la producción de hidrógeno, así que utilizando un microscopio electrónico de barrido y la difracción de rayos X, los investigadores observaron que la formación de nanopartículas de aluminio en un compuesto de galio-aluminio en una proporción de tres a uno es la más óptima para la producción de hidrógeno.
Nanopartículas de aluminio en una matriz de galio. (UCSC)
«El galio separa las nanopartículas y evita que se agrupen en partículas más grandes», explica Singaram. «La gente se ha esforzado por fabricar nanopartículas de aluminio y aquí las estamos produciendo en condiciones normales de presión atmosférica y temperatura ambiente».
Los investigadores aseguran en su artículo que, en general, la mezcla de Ga-Al (galio-aluminio rico en galio) produce cantidades sustanciales de hidrógeno a temperatura ambiente sin que haga falta un aporte de energía ni manipulación de materiales o modificación del pH.
Un método simple y muy efectivo
El método para obtener el compuesto es tan simple que según los investigadores se puede hacer mezclando los ingredientes a mano. «Nuestro método utiliza una pequeña cantidad de aluminio, lo que garantiza que todo se disuelva en el galio mayoritario como nanopartículas discretas», dijo Oliver. «Esto genera una cantidad mucho mayor de hidrógeno, casi completa en comparación con el valor teórico basado en la cantidad de aluminio. También facilita la recuperación del galio para su reutilización».
El compuesto, dicen sus creadores, puede fabricarse con fuentes de aluminio fácilmente disponibles, como papel de aluminio o latas usadas, y puede almacenarse durante mucho tiempo si se cubre con ciclohexano para protegerlo de la humedad. Mientras que el galio, un poco abundante y caro, se puede recuperar y reutilizar varias veces sin perder su eficacia, afirma Singaram.
Los investigadores admiten que aunque el descubrimiento es prometedor todavía tienen que encontrar la manera de poder utilizarlo a escala industrial. Lo mismo sucede con el nuevo catalizador desarrollado por los investigadores de la Universidad de Curtin, en Australia, del que ya hablamos aquí o con el nuevo método de producción de hidrógeno solar termoquímico creado por investigadores del NREL.
La producción de hidrógeno ‘verde’ es una prioridad para muchos países. Según un reciente estudio de la Agencia Internacional de Energías Renovables, España puede llegar a estar entre los 15 primeros países del mundo en producción de hidrógeno ‘verde’ y barato para el año 2050. La lista la encabeza China seguida de Chile, Marruecos, Colombia y Australia. Según el informe, China podría llegar a producir a un coste de sólo 0,65 dólares por kilo mientras que España llegaría a los 0,80 dólares.
13/09/2022
