Científicos utilizan luz solar y metal líquido para producir hidrógeno limpio a partir del agua
El nuevo proceso sortea las limitaciones anteriores de la electrólisis
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Los investigadores han creado un proceso que utiliza metales líquidos, alimentados por la luz solar, que puede producir hidrógeno limpio tanto a partir de agua dulce como de agua de mar. El método permite a los investigadores "cosechar" moléculas de hidrógeno a partir del agua y, al mismo tiempo, evitar muchas de las limitaciones de los métodos actuales de producción de hidrógeno. Ofrece una nueva vía de exploración para producir hidrógeno verde como fuente de energía sostenible.
Galio
Philip Ritchie
El hidrógeno como combustible energético ecológico lleva mucho tiempo en el punto de mira de innumerables científicos e industrias. Los investigadores llevan décadas buscando el método más económico de producir hidrógeno verde de forma fiable para alimentar las industrias de la energía, el transporte, la fabricación y la agricultura, transformando la producción en múltiples sectores de la economía mundial.
"Ahora tenemos una forma de extraer hidrógeno sostenible, utilizando agua de mar, que es fácilmente accesible y que depende únicamente de la luz para la producción de hidrógeno verde", dijo el autor principal y candidato a doctor Luis Campos.
El investigador principal, el profesor Kourosh Kalantar-Zadeh, de la Escuela de Ingeniería Química y Biomolecular, afirma que el estudio es una muestra asombrosa de cómo la química natural de los metales líquidos puede crear hidrógeno. Su equipo produjo hidrógeno con una eficiencia máxima del 12,9 por ciento, y actualmente trabaja para mejorarla con vistas a su comercialización.
"Para ser la primera prueba de concepto, consideramos que la eficiencia de esta tecnología es muy competitiva. Por ejemplo, las células solares de silicio empezaron con un 6% en los años 50 y no pasaron del 10% hasta los 90".
"El hidrógeno ofrece una solución energética limpia para un futuro sostenible y podría desempeñar un papel fundamental en la ventaja internacional de Australia en una economía del hidrógeno", afirma el Dr. François Allioux, codirector del proyecto.
El núcleo de esta tecnología es el galio, un metal con un punto de fusión bajo, lo que significa que necesita menos energía para pasar de sólido a líquido. El equipo del profesor Kalantar-Zadeh lleva años ampliando los límites químicos y técnicos de los metales líquidos para crear nuevos materiales. La capacidad de las partículas de galio para absorber la luz les llamó la atención.
El resultado de este hallazgo fue una tecnología que utiliza un proceso químico circular: las partículas de galio se suspenden en agua de mar o agua dulce y se activan bajo la luz solar o artificial. El galio reacciona con el agua para convertirse en oxihidróxido de galio y liberar hidrógeno.
"Después de extraer el hidrógeno, el oxihidróxido de galio puede volver a reducirse a galio y reutilizarse para la producción de hidrógeno en el futuro, lo que denominamos un proceso circular", explica el profesor Kalantar-Zadeh.
El galio en estado líquido es un elemento fascinante. A temperatura ambiente parece un metal sólido, pero cuando se calienta a la temperatura corporal se transforma en charcos metálicos líquidos.
Según el Sr. Campos, la superficie del galio líquido es muy "antiadherente" químicamente y la mayoría de los materiales no se adhieren a ella en condiciones normales. Pero cuando se expone a la luz en el agua, el galio líquido reacciona en su superficie, oxidándose y corroyéndose gradualmente. Esta reacción crea hidrógeno limpio y oxihidróxido de galio en su superficie.
"El galio no se había utilizado antes para producir hidrógeno a gran velocidad en contacto con el agua, una observación tan sencilla que no se había tenido en cuenta", afirma Kalantar-Zadeh.
La investigación dirigida por la Universidad de Sydney se publicó en Nature Communications.
Por qué los científicos están tan interesados en las moléculas de hidrógeno
Muchas industrias y científicos creen que el hidrógeno es el candidato ideal para convertirse en una fuente de energía sostenible que contribuya significativamente a reducir las emisiones de gases de efecto invernadero. El hidrógeno "verde", como su nombre indica, se fabrica a partir de fuentes renovables.
El hidrógeno es uno de los elementos más abundantes de la Tierra y también puede obtenerse de una gran variedad de compuestos, como el agua (el agua tiene dos moléculas de hidrógeno). Cuando el hidrógeno se quema, no produce contaminantes, sólo agua, pero aún así puede generar altos niveles de energía o potencia.
Los esfuerzos para producir hidrógeno verde se han centrado en la "división del agua": dividir los átomos de las moléculas de agua para liberar hidrógeno utilizando métodos como la electrólisis, la fotocatálisis y el plasma (rayos artificiales).
Pero el proceso necesario para separar los átomos de hidrógeno y oxígeno en el agua se ha enfrentado a múltiples obstáculos, entre ellos la necesidad de utilizar agua purificada, incurrir en costes elevados o producir rendimientos bajos de hidrógeno.
El método introducido por el equipo del profesor Kalantar-Zadeh con galio líquido evita muchos de esos obstáculos. El método puede utilizar tanto agua de mar como agua dulce y, como el proceso es circular, el galio de la reacción puede reutilizarse.
En palabras del profesor Kalantar-Zadeh: "Existe una necesidad mundial de comercializar un método altamente eficiente para producir hidrógeno verde. Nuestro proceso es eficaz y fácil de ampliar".
El equipo trabaja ahora en aumentar la eficiencia de la tecnología y su próximo objetivo es establecer un reactor a escala media para extraer hidrógeno.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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