Nuevo método produce hidrógeno a partir de energía solar y desechos agrícolas
Ingenieros diseñan una tecnología para producir gas hidrógeno a partir del agua utilizando únicamente energía solar y desechos agrícolas, como estiércol o cortezas de árboles. El método reduce la energía necesaria para extraer hidrógeno del agua en un 600%, lo que crea nuevas oportunidades para la producción química sostenible y respetuosa con el clima.
Por la Universidad de Illinois en Chicago
El profesor Meenesh Singh, a la derecha, y el investigador postdoctoral Rohit Chauhan trabajan en el laboratorio de Singh en la Universidad de Illinois en Chicago. Cortesía: Jenny Fontaine/ UIC
Los combustibles a base de hidrógeno son una de las fuentes de energía limpia más prometedoras. Pero producir hidrógeno gaseoso puro es un proceso de alto consumo energético que suele requerir carbón o gas natural y grandes cantidades de electricidad.
En un artículo publicado en la revista Cell Reports Physical Science, un equipo multiinstitucional dirigido por Meenesh Singh, ingeniero de la Universidad de Illinois en Chicago (Estados Unidos) desvela el nuevo proceso para la producción ecológica de hidrógeno.
El método utiliza una sustancia rica en carbono llamada biocarbón para disminuir la cantidad de electricidad necesaria para convertir el agua en hidrógeno. Mediante el uso de fuentes de energía renovables, como la solar o la eólica, y el aprovechamiento de subproductos para otros usos, el proceso puede reducir las emisiones de gases de efecto invernadero a cero neto.
“Somos el primer grupo que demuestra que se puede producir hidrógeno utilizando biomasa a una fracción de voltio— afirma Singh, profesor asociado del Departamento de Ingeniería Química. Y añade—: Se trata de una tecnología transformadora”.
La electrólisis, el proceso de dividir el agua en hidrógeno y oxígeno, requiere una corriente eléctrica. A escala industrial, normalmente se necesitan combustibles fósiles para generar esta electricidad.
El estiércol de vaca da el mejor rendimiento.
Recientemente, los científicos han reducido el voltaje necesario para la división del agua introduciendo una fuente de carbono en la reacción. Sin embargo, este proceso también utiliza carbón o productos químicos costosos y libera dióxido de carbono como subproducto.
Singh y sus colegas modificaron este proceso para usar biomasa de productos de desecho comunes. Al mezclar ácido sulfúrico con residuos agrícolas, residuos animales o aguas residuales, crean una sustancia parecida a un lodo llamada biocarbón, que es rico en carbono.
Biocarbón utilizado para producir hidrógeno más limpio. Crédito: Jenny Fontaine/ UIC
El equipo experimentó con diferentes tipos de biocarbón hechos de cáscaras de caña de azúcar, residuos de cáñamo, residuos de papel y estiércol de vaca. Al añadirse a la cámara de electrólisis, las cinco variedades de biocarbón redujeron la energía necesaria para convertir el agua en hidrógeno.
El de mejor rendimiento, el estiércol de vaca, disminuyó la necesidad eléctrica en seis veces, a aproximadamente una quinta parte de un voltio.
La energía equivalente a la de una batería AA.
Los requisitos energéticos fueron lo suficientemente bajos como para que los investigadores pudieran alimentar la reacción con una célula solar de silicio estándar que genera aproximadamente 15 miliamperios de corriente a 0,5 voltios. Eso es menos que la cantidad de energía producida por una batería AA.
“Es muy eficiente, con casi el 35% de conversión del biocarbón y energía solar en hidrógeno”— dice Rohit Chauhan, coautor y becario postdoctoral en el laboratorio de Singh. Y añade—: Estos son números récord mundiales; es lo más alto que alguien ha demostrado”.
Para que el proceso sea neto cero, debe capturar el dióxido de carbono generado por la reacción. Sin embargo, según Singh, esto también podría tener beneficios ambientales y económicos, como producir dióxido de carbono puro para carbonatar bebidas o convertirlo en etileno y otros productos químicos utilizados en la fabricación de plásticos.
“«No solo diversifica la utilización de los biorresiduos, sino que permite la producción limpia de otros productos químicos además del hidrógeno— afirma Nishithan Kani, licenciado por la UIC y coautor del artículo. Y añade—: Esta forma barata de fabricar hidrógeno podría permitir a los agricultores ser autosuficientes para sus necesidades energéticas o crear nuevas fuentes de ingresos”.
Información facilitada por la Universidad de Illinois en Chicago -Adaptación: Enrique Coperías / Rexmolón Producciones
Fuente: Nishithan C. Kani, Rohit Chauhan, Samuel A. Olusegun, Shishir Sinha, Joseph A. Gauthier y otros. Sub-volt conversion of activated biochar and water for H2 production near equilibrium via biochar-assisted water electrolysis. Cell Reports Physical Science (2024). DOI: https://doi.org/10.1016/j.xcrp.2024.102013
