El hidrógeno es un componente crítico en la fabricación de miles de productos comunes, desde plásticos hasta fertilizantes, pero producir hidrógeno puro es costoso y consume mucha energía. Ahora, un equipo de investigación en la Universidad de Princeton ha aprovechado la luz solar para aislar el hidrógeno de las aguas residuales industriales.
En un artículo publicado el 19 de febrero en la revista Energy & Environmental Science, los investigadores informaron que su proceso duplicó la tasa actualmente aceptada para tecnologías escalables que producen hidrógeno al dividir el agua.
La técnica utiliza una cámara especialmente diseñada con una interfaz de silicona negra “queso suizo” para dividir el agua y aislar el gas de hidrógeno. El proceso es ayudado por bacterias que generan corriente eléctrica cuando se consume materia orgánica en las aguas residuales; la corriente, a su vez, ayuda al proceso de división del agua.
El equipo, dirigido por Zhiyong Jason Ren, profesor de ingeniería civil y ambiental y el Centro de Energía y Medio Ambiente de Andlinger, eligió las aguas residuales de las cervecerías para la prueba. Corrieron las aguas residuales a través de la cámara, usaron una lámpara para simular la luz solar y observaron la descomposición de los compuestos orgánicos y la burbuja de hidrógeno.
El proceso “nos permite tratar las aguas residuales y generar combustibles a la vez”, dijo Jing Gu, investigador adjunto y profesor asistente de química y bioquímica en la Universidad Estatal de San Diego.
Los investigadores dijeron que la tecnología podría ser atractiva para las refinerías y las plantas químicas, que generalmente producen su propio hidrógeno a partir de combustibles fósiles y enfrentan altos costos por la limpieza de las aguas residuales.
Históricamente, la producción de hidrógeno se ha basado en petróleo, gas o carbón, y en un método de uso intensivo de energía que consiste en procesar el stock de hidrocarburos con vapor. Luego, los fabricantes de productos químicos combinan el gas hidrógeno con carbono o nitrógeno para crear productos químicos de alto valor, como el metanol y el amoníaco. Los dos son ingredientes en fibras sintéticas, fertilizantes, plásticos y productos de limpieza, entre otros productos de uso diario.
Aunque el hidrógeno se puede usar como combustible para vehículos, la industria química es actualmente el mayor productor y consumidor de hidrógeno. La producción de productos químicos en países altamente industrializados requiere más energía que la producción de hierro, acero, metales y alimentos, según un informe de 2016 de la Administración de Información de Energía de EE. UU., el informe estima que la producción de productos químicos básicos continuará siendo el principal consumidor industrial de energía durante las próximas dos décadas.
“Es una situación de ganar-ganar para las industrias químicas y otras”, dijo Lu Lu, el primer autor del estudio y un investigador asociado en el Centro Andlinger. “Pueden ahorrar en el tratamiento de aguas residuales y en su uso de energía a través de este proceso de creación de hidrógeno”.
Según los investigadores, esta es la primera vez que se utilizan aguas residuales reales, no soluciones fabricadas en el laboratorio, para producir hidrógeno mediante la fotocatálisis. El equipo produjo el gas continuamente durante cuatro días hasta que se agotaron las aguas residuales, lo que es significativo, dijeron los investigadores, porque los sistemas comparables que producen químicos del agua históricamente han fallado después de un par de horas de uso. Los investigadores midieron la producción de hidrógeno mediante el monitoreo de la cantidad de electrones producidos por las bacterias, que se correlaciona directamente con la cantidad de hidrógeno producido. La medición se ubicó en el extremo superior para experimentos de laboratorio similares y, dijo Ren, el doble de alta que las tecnologías con potencial para escalar para uso industrial.
Ren dijo que ve esta tecnología como escalable porque la cámara utilizada para aislar el hidrógeno es modular, y varias pueden apilarse para procesar más aguas residuales y producir más hidrógeno.
Aunque aún no se ha hecho un análisis del ciclo de vida, los investigadores dijeron que el proceso será al menos neutral en energía, si no energía positiva, y elimina la necesidad de que los combustibles fósiles generen hidrógeno.
Los investigadores dijeron que probablemente experimentarán con la producción de mayores cantidades de hidrógeno y otros gases en el futuro, y esperan poder llevar esta tecnología a la industria.
Te puede interesar: Científicos belgas diseñan un panel solar que produce hidrógeno a partir de la humedad del aire
