Un nuevo método para extraer hidrógeno sin electricidad puede revolucionar la energía si logra almacenarla y producirla a bajo coste.
Producir hidrógeno a partir de agua a temperatura ambiente. 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.
El hidrógeno es el elemento más abundante en la Tierra y desde hace ya tiempo es también una de las alternativas de la energía del futuro. Hasta la fecha, la dificultad en su adopción es que los métodos tradicionales que se emplean para extraerlo utilizan combustibles fósiles durante el proceso.
El combustible de hidrógeno puede ser una fuente de energía limpia y abundante en el futuro, siempre y cuando los investigadores encuentren la manera de producirlo a bajo coste, y sin combustibles fósiles.
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.
Según el Departamento de Energía de los EEUU, el coste por kilogramo de hidrógeno verde el verano del 2021 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.
Un nuevo estudio nos acerca en esa dirección, siempre que se puedan aprovechar los suministros existentes de aluminio y galio postconsumo. En la nueva investigación, los científicos describen un método relativamente sencillo en el que intervienen nanopartículas de aluminio capaces de eliminar el oxígeno de las moléculas de agua y dejar el gas hidrógeno.
El proceso produce grandes cantidades de hidrógeno y funciona a temperatura ambiente.
Esto evita que la producción de combustible de hidrógeno emplee grandes cantidades de energía necesarias para producirlo. Esta técnica también funciona con cualquier tipo de agua, incluidas las aguas residuales y el agua del océano.
No es necesario ningún aporte de energía y el hidrógeno burbujea como un hervidero.
La clave del proceso es el uso de galio metálico para permitir una reacción continua con el agua. Esta reacción aluminio-galio-agua se conoce desde hace décadas, pero el nuevo equipo de científicos la optimizó y mejoró de algunas maneras particulares. Con la ayuda de técnicas de microscopía electrónica de barrido y difracción de rayos X, los investigadores observaron que la mejor mezcla de aluminio y galio para producir hidrógeno con la mayor eficacia: un compuesto de galio-aluminio en una proporción de tres a uno (3:1).
Es decir, 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.
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.
La aleación rica en galio cumple una doble función, ya que elimina la capa de óxido del aluminio (que normalmente bloquearía la reacción con el agua) y produce las nanopartículas de aluminio que permiten reacciones más rápidas.
El galio separa las nanopartículas y evita que se agrupen en partículas más grandes. En general, otros técnicos fabrican nanopartículas de aluminio, y aquí las producen en condiciones normales de presión atmosférica y temperatura ambiente.
El método de mezcla no es complicado, informan los investigadores, y el material compuesto puede almacenarse durante al menos tres meses si se sumerge en ciclohexano para protegerlo de la humedad, que de otro modo degradaría su eficacia.
El aluminio es más fácil de conseguir que el galio, ya que puede obtenerse a partir de materiales postconsumo, como latas y papel de aluminio desechados.
El galio es más caro y menos abundante, pero en este proceso al menos puede recuperarse y reutilizarse muchas veces sin perder su eficacia.
En general, la mezcla galio-aluminio (Ga-Al) rica en Ga produce cantidades sustanciales de hidrógeno a temperatura ambiente sin aporte de energía, ni manipulación de materiales ni modificación del pH del agua.
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, con su método de producción de hidrógeno solar termoquímico creado por investigadores del NREL.