Investigadores estadounidenses desarrollan un método mejorado para producir hidrógeno sostenible

MADRID 3 Sep. (EUROPA PRESS) -

Investigadores de Stanford (Estados Unidos) han desarrollado un nuevo método altamente eficiente para producir hidrógeno que reduce drásticamente las emisiones de CO2 y genera un subproducto inesperado y potencialmente valioso.

El método, descrito en un nuevo estudio publicado en 'Science', utiliza un proceso llamado pirólisis de metano, que descompone el metano en hidrógeno gaseoso y carbono sólido en lugar del CO2 gaseoso liberado por la producción convencional de hidrógeno.

La producción de hidrógeno es esencial para algunas de las necesidades industriales y agrícolas más importantes del mundo, pero también conlleva un alto costo ambiental: la mayor parte del hidrógeno que se produce actualmente se genera mediante procesos que liberan grandes cantidades de CO2. Esto se debe a la combinación de los altos requerimientos de calor y las emisiones directas derivadas del proceso.

"Hoy en día, utilizamos gas natural para producir hidrógeno, pero también generamos CO2", explica Henry Moise, coautor principal e investigador del Departamento de Ingeniería Química de la Facultad de Ingeniería de Stanford . "La pirólisis es un proceso similar, pero en lugar de producir CO2, se produce carbono sólido".

La pirólisis del metano se ha estudiado durante años, pero los investigadores han tenido dificultades para llevarla más allá del laboratorio debido a dos obstáculos principales: la eliminación del carbono sólido del reactor y la obtención de suficiente calor en el reactor para que el proceso se lleve a cabo. El nuevo artículo, del que Moise y el estudiante visitante alemán Sebastian Moll son coautores principales, se centra en resolver este último desafío.

"Si se quiere realizar la pirólisis a la escala necesaria para abastecer los mercados de hidrógeno, entonces hay que crear reactores muy grandes", agrega el autor principal Matteo Cargnello, profesor asociado de ingeniería química en la Facultad de Ingeniería de Stanford. "Para calentar estos reactores a temperaturas muy altas, como 1.000 grados Celsius, los métodos de calentamiento deben ser muy eficientes".

Los reactores industriales actuales se calientan desde el exterior, lo que se convierte en un problema a gran escala. "Como se puede imaginar, una vez que se calienta algo muy grande desde el exterior, es difícil que el calor penetre hasta el centro del reactor", cuenta Cargnello.

Para abordar el problema, Moise y sus colegas desarrollaron un método para calentar el reactor desde el interior. En lugar de quemar gas natural, que produce CO2, el equipo descubrió que colocar un quemador dentro del reactor para combustionar selectivamente una porción de hidrógeno produce principalmente agua, evitando así las emisiones directas de carbono y, al mismo tiempo, impulsando la reacción de manera eficiente.

Según Moise, la ventaja reside en un aumento de la eficiencia de aproximadamente diez veces. En otras palabras, con la misma cantidad de energía, un reactor que utiliza este nuevo método de calentamiento autotérmico produce la misma cantidad de material que otros 10 reactores que utilizan métodos de calentamiento externo convencionales.

"Todo se reduce a la idea de eficiencia. Se pueden reducir las emisiones de CO2 evitando producirlas, pero también se pueden reducir optimizando el uso de la energía", explica Moise. "Así que existen múltiples maneras de lograr un proceso más sostenible".

Más allá de las mejoras en la eficiencia, los investigadores descubrieron un beneficio inesperado del nuevo proceso: el carbono sólido producido por la reacción resultó ser grafito de alta calidad, un material utilizado en baterías, electrodos y otras tecnologías.

"No es que no esperáramos encontrar carbono de mayor calidad, pero el grado de grafitización y la calidad del carbono eran tan elevados", comenta Moise, calificándolo como la mayor sorpresa del proyecto.

Los investigadores destacaron la importancia de desarrollar procesos sostenibles para la producción de hidrógeno, una molécula fundamental de la que la mayoría de la gente no es consciente de que depende. "Al menos un pequeño porcentaje del PIB depende del hidrógeno, y seguiremos produciéndolo, sea contaminante o no", añade Moise.

Puso como ejemplo los fertilizantes: la producción de amoníaco depende del hidrógeno, y se estima que los fertilizantes a base de amoníaco ayudan a alimentar a aproximadamente la mitad de la población mundial. El hidrógeno también ayuda a eliminar el azufre de la gasolina durante el refinado y contribuye a la producción de productos importantes como el metanol. "Es tan omnipresente que casi pasa desapercibido", asegura.

Los investigadores esperan que el nuevo proceso abra la posibilidad de una producción de hidrógeno barata y limpia, y que aporte sostenibilidad a un producto que es fundamental para muchos productos importantes que se utilizan en la vida cotidiana.