Producir hidrógeno a partir de residuos plásticos podría amortizarse solo

Investigadores de la Universidad de Rice han desarrollado un método de bajas emisiones para producir hidrógeno y grafeno, un material de gran valor, a partir de residuos plásticos.

El hidrógeno se considera una alternativa prometedora a los combustibles fósiles, pero los métodos utilizados para fabricarlo generan demasiado dióxido de carbono o son demasiado caros. Ahora, investigadores de la Universidad de Rice, en Houston (EE.UU.), han hallado una forma de obtener hidrógeno a partir de residuos plásticos mediante un método de bajas emisiones que podría amortizarse con creces.

«En este trabajo, convertimos residuos plásticos -incluidos residuos plásticos mezclados que no tienen que clasificarse por tipos ni lavarse- en hidrógeno gaseoso de alto rendimiento y grafeno de alto valor», explica Kevin Wyss, doctorando de Rice y autor principal de un estudio publicado en Advanced Materials. «Si el grafeno producido se vendiera a sólo el 5% del valor actual de mercado -¡un 95% de descuento!- se podría producir hidrógeno limpio gratis».

En comparación, el hidrógeno «verde» -producido utilizando fuentes de energía renovables para dividir el agua en sus dos elementos componentes- cuesta unos 5 dólares por poco más de un kilo, señalan los investigadores. Aunque más barato, la mayor parte de los casi 100 millones de toneladas de hidrógeno utilizadas en el mundo en 2022 procedían de combustibles fósiles, y su producción generaba aproximadamente 12 toneladas de dióxido de carbono por tonelada de hidrógeno.

«La principal forma de hidrógeno utilizada hoy en día es el hidrógeno ‘gris’, que se produce mediante reformado de metano al vapor, un método que genera mucho dióxido de carbono», explica James Tour, catedrático de Química y profesor de Ciencia de los Materiales y Nanoingeniería de Rice. «Es probable que la demanda de hidrógeno se dispare en las próximas décadas, así que no podemos seguir fabricándolo de la misma forma que hasta ahora si nos tomamos en serio lo de alcanzar las emisiones netas cero en 2050».

Los investigadores expusieron muestras de residuos plásticos a un rápido calentamiento Joule instantáneo durante unos cuatro segundos, elevando su temperatura a 3.100 grados Kelvin (unos 2.800 ºC). El proceso vaporiza el hidrógeno presente en los plásticos, dejando tras de sí grafeno, un material extremadamente ligero y duradero formado por una sola capa de átomos de carbono.

«Cuando descubrimos por primera vez el calentamiento Joule flash y lo aplicamos para convertir los residuos plásticos en grafeno, observamos que se producían muchos gases volátiles que salían disparados del reactor», explica Wyss. «Nos preguntábamos qué eran, sospechábamos que una mezcla de pequeños hidrocarburos e hidrógeno, pero carecíamos de la instrumentación necesaria para estudiar su composición exacta».

Con financiación del Cuerpo de Ingenieros del Ejército de Estados Unidos, el laboratorio de Tour adquirió el equipo necesario para caracterizar el contenido vaporizado.

«Sabemos que el polietileno, por ejemplo, está compuesto por un 86% de carbono y un 14% de hidrógeno, y demostramos que somos capaces de recuperar hasta un 68% de ese hidrógeno atómico en forma de gas con una pureza del 94%«, afirma Wyss. «Desarrollar los métodos y conocimientos necesarios para caracterizar y cuantificar todos los gases, incluido el hidrógeno, producidos por este método fue un proceso difícil pero gratificante para mí».

«Espero que este trabajo permita la producción de hidrógeno limpio a partir de residuos plásticos, lo que posiblemente resuelva importantes problemas medioambientales como la contaminación por plásticos y la producción de hidrógeno mediante reformado de metano con uso intensivo de gases de efecto invernadero», concluye Wyss.