Hidrógeno a partir de cualquier biomasa

Este texto es una colaboración del Cuaderno de Cultura Científica con Next

A estas alturas de la película todos hemos oído hablar en alguna ocasión de que muy posiblemente el coche del futuro será uno que consumirá hidrógeno. Y esto tendría muchas ventajas frente al eléctrico: no son necesarias pesadas baterías, la potencia sería mucho mayor, al igual que la autonomía y la contaminación sería nula. Pero no todo es tan bonito: el principal inconveniente para el desarrollo de esta tecnología es obtener el propio hidrógeno. Aunque es posible que esto cambie pronto.

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Si bien el hidrógeno es el elemento más abundante, con diferencia, del universo, es tan ligero que la gravedad de la Tierra no es suficiente para retenerlo y escapa al espacio. Y es una pena, porque el hidrógeno molecular (H2) es el combustible más limpio que existe: al quemarlo en el aire solo produce agua y energía, nada más. Pero como solo existen trazas de él en la atmósfera la mayor parte del hidrógeno que se emplea como combustible hoy día procede de los combustibles fósiles (petróleo y gas natural mayormente), con los que se emplean procesos como el reformado catalítico del petróleo.

Una opción mucho más ecológica y sostenible de obtener hidrógeno es extraerlo termoquímicamente de la biomasa, usando altas temperaturas y catalizadores muy caros. Aunque existen alternativas como la fermentación, la electrolisis y la conversión fotoelectroquímica, estos métodos no pueden con las moléculas que forman la mayor parte en peso de la biomasa, la lignina y la celulosa presentes en hierbas y maderas, con lo que la eficiencia se evapora.

Ahora, un equipo de investigadores encabezado por Wei Liu, del Instituto de Tecnología de Georgia (EE.UU.), han presentado una tecnología electrolítica que puede extraer hidrógeno a partir de casi cualquier tipo de biomasa.

A) Esquema del proceso de conversión electroquímica. La dispersión de biomasa-POM B) antes de iniciar el proceso, C) cambia de color cuando se calienta o expone a la luz del sol, D) tras la obtención del hidrógeno.

A) Esquema del proceso de conversión electroquímica. (véase el texto para los detalles). | La dispersión de biomasa-POM B) antes de iniciar el proceso, C) cambia de color cuando se calienta o expone a la luz del sol, D) tras la obtención del hidrógeno.

El proceso tiene lugar en una cuba eletrolítica que contiene una membrana, que los protones (iones de hidrógeno, H+) pueden atravesar, colocada entre dos placas que son el ánodo y el cátodo. Una dispersión en agua de biomasa en polvo y un catalizador (polioxometalato o POM) se añaden a la parte del ánodo de la cuba. Calentando esta mezcla o, simplemente exponiéndola al sol, las moléculas de POM se encargan de arrancar átomos de hidrógeno de la biomasa, convirtiéndose en H-POM.

Si ahora se aplica un voltaje entre los electrodos las moléculas H-POM dejan un electrón en el ánodo cargado positivamente y abandonan el protón a su suerte en el agua. Los electrones fluyen por el circuito hasta el cátodo de la cuba, a donde los protones solitarios han llegado atravesando la membrana, que se encarga de que nada más les acompañe. Protones y lectrones se combinan en el cátodo, formando átomos de hidrógeno (H), que reaccionan entre sí rápidamente para formar hidrógeno molecular (H2) que ya puede ser recogido y almacenado.

Esta metodología abre la puerta a una producción de hidrógeno ajustable a la cantidad y variedad de biomasa disponible, con lo que ello implica para la posibilidad de producir localmente hidrógeno en pequeñas instalaciones donde exista biomasa disponible y se consuma también localmente. Los investigadores son muy optimistas y no descartan mejorar el proceso para obtener eficiencias cercanas al 100%. Ya están en marcha en la búsqueda de un colaborador industrial para construir una primera planta piloto.

Referencia:

W. Liu et al (2016) High efficiency hydrogen evolution from native biomass electrolysis Energy Environ. Sci. DOI: 10.1039/C5EE03019F

Sobre el autor: César Tomé López es divulgador científico y editor de Mapping Ignorance

Esta anotación participa en la LIV Edición del Carnaval de Química, Edición Xenón, alojada en el blog SiempreConCiencia de @MartaI_Soria.

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