El combustible de hidrógeno promete ser una fuente de energía limpia y abundante en el futuro, siempre y cuando los científicos encuentren la manera de producirlo de forma práctica y barata, y sin combustibles fósiles.
Un nuevo estudio nos proporciona otro paso prometedor 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 elimina uno de los grandes obstáculos para la producción de combustible de hidrógeno: las grandes cantidades de energía necesarias para producirlo con los métodos existentes.
Esta técnica también funciona con cualquier tipo de agua, incluidas las aguas residuales y el agua del océano.
Las burbujas de hidrógeno gaseoso se generan a partir de la reacción del agua con un compuesto de aluminio y galio. Crédito: Amberchan et al., Applied Nano Materials 2022
Scott Oliver, de la Universidad de California en Santa Cruz (UCSC), dijo en un comunicado:
“No necesitamos ningún aporte de energía y el hidrógeno burbujea como un loco.
Nunca he visto nada igual”.
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 aquí el equipo 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 pudieron encontrar la mejor mezcla de aluminio y galio para producir hidrógeno con la mayor eficacia: un compuesto de galio-aluminio de 3:1.
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.
Bakthan Singaram, profesor de química orgánica de la UCSC, dijo en un comunicado:
“El galio separa las nanopartículas y evita que se agrupen en partículas más grandes.
La gente se ha esforzado en fabricar nanopartículas de aluminio, y aquí las estamos produciendo 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.
La microscopía electrónica de barrido del compuesto muestra nanopartículas de aluminio en una matriz de galio. Crédito: Amberchan et al., Applied Nano Materials 2022
El galio es más caro y menos abundante, pero en este proceso al menos puede recuperarse y reutilizarse muchas veces sin perder su eficacia.
Todavía queda trabajo por hacer, sobre todo para garantizar que este proceso pueda ampliarse desde una configuración de laboratorio hasta algo que pueda utilizarse a escala industrial. Sin embargo, los primeros indicios apuntan a que se trata de otro método con mucho potencial para la producción de combustible de hidrógeno.
Los investigadores concluyeron en su artículo:
“En general, la mezcla Ga-Al [galio-aluminio] rica en Ga produce cantidades sustanciales de hidrógeno a temperatura ambiente sin aporte de energía, manipulación de materiales ni modificación del pH”.
Los hallazgos de la investigación han sido en Applied Nano Materials.
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