Un nuevo método produce hidrógeno a partir de energía solar y residuos agrícolas

Un equipo de investigadores ha utilizado el biocarbón obtenido de biomasa residual para reducir al mínimo la cantidad de electricidad necesaria para convertir el agua en hidrógeno.

Ingenieros de la Universidad de Illinois Chicago (UIC), en EE.UU., han ayudado a diseñar un nuevo método para producir hidrógeno gaseoso a partir del agua utilizando únicamente energía solar y residuos agrícolas, como estiércol o cáscaras. El método reduce en un 600% la energía necesaria para extraer hidrógeno del agua, creando nuevas oportunidades de producción química sostenible y respetuosa con el clima.

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 Cell Reports Physical Science, un equipo multiinstitucional dirigido por el ingeniero de la UIC Meenesh Singh 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 la captura 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. «Se trata de una tecnología transformadora«.

La electrólisis, el proceso de división del agua en hidrógeno y oxígeno, requiere una corriente eléctrica. A escala industrial, suelen necesitarse combustibles fósiles para generar esta electricidad.

Recientemente, los científicos han reducido el voltaje necesario para dividir el agua introduciendo una fuente de carbono en la reacción. Pero este proceso también utiliza carbón o productos químicos caros y libera dióxido de carbono como subproducto.

Singh y sus colegas modificaron este proceso para utilizar en su lugar biomasa procedente de residuos comunes. Mezclando ácido sulfúrico con residuos agrícolas, desechos animales o aguas residuales, crean una sustancia parecida al lodo llamada biocarbón, rica en carbono.

El equipo experimentó con distintos tipos de biocarbón a partir de cáscaras de caña de azúcar, residuos de cáñamo, residuos de papel y estiércol de vaca. Cuando se añadieron a la cámara de electrólisis, las cinco variedades de biocarbón redujeron la potencia necesaria para convertir el agua en hidrógeno. El que mejor funcionó, el estiércol de vaca, sextuplicó las necesidades eléctricas hasta aproximadamente un quinto de voltio.

Los requisitos energéticos eran lo suficientemente bajos como para que los investigadores pudieran alimentar la reacción con una célula solar de silicio estándar que generara unos 15 miliamperios de corriente a 0,5 voltios. Esto es menos que la energía producida por una pila AA.

«Es muy eficiente, con casi un 35% de conversión del biocarbón y la energía solar en hidrógeno», afirma Rohit Chauhan, coautor y becario postdoctoral en el laboratorio de Singh. «Son cifras récord mundiales; es lo más alto que nadie ha demostrado».

Para que el proceso sea neto cero, debe capturar el dióxido de carbono generado por la reacción. Pero Singh dijo que 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 sólo 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. «Esta forma barata de fabricar hidrógeno podría permitir a los agricultores ser autosuficientes para sus necesidades energéticas o crear nuevas fuentes de ingresos».

La compañía biotecnológica Orochem Technologies Inc, patrocinadora de la investigación, ha solicitado patentes sobre sus procesos de producción de biocarbón e hidrógeno, y el equipo de la UIC tiene previsto probar los métodos a gran escala.

En el estudio también han participado investigadores de la Universidad de Stanford, la Universidad Tecnológica de Texas, el Instituto Indio de Tecnología de Roorkee, la Universidad de Corea y Orochem Technologies Inc.