como producir hidrogeno en grandes cantidades

La producción limpia y eficaz de grandes cantidades de hidrógeno

El elemento más común en nuestro planeta es el hidrógeno, y desde hace un buen tiempo se considera como una importante fuente de energía para el futuro. Sin embargo, su adopción ha sido limitada debido al uso de combustibles fósiles en los métodos convencionales de extracción. Afortunadamente, un equipo de científicos ha desarrollado un novedoso proceso utilizando nanopartículas de aluminio, que permite obtener grandes cantidades de hidrógeno de forma sostenible y a un bajo costo a partir del agua.

El proceso de obtención del hidrógeno

Las ventajas del hidrógeno. El hidrógeno es uno de los elementos más abundantes en el universo, lo que lo convierte en una fuente potencialmente inagotable de energía. A diferencia de los combustibles fósiles o los minerales, no existe un límite en su disponibilidad, lo que lo convierte en una opción sostenible a largo plazo.

Sin embargo, existe un inconveniente que hay que tener en cuenta. La baja densidad del hidrógeno hace que sea imposible encontrarlo en su estado puro en la Tierra, por lo que es necesario obtenerlo a través de su asociación con otros elementos.

Por ejemplo, la forma más común de obtener hidrógeno es a través de su unión con oxígeno para formar agua (H2O), una molécula omnipresente y esencial para la vida en nuestro planeta. Sin embargo, esta asociación también plantea un posible obstáculo en el desarrollo de la industria y tecnología del hidrógeno.

Un enfoque sencillo y altamente eficaz

De acuerdo con los científicos, el proceso para obtener el compuesto es extremadamente sencillo y se puede realizar manualmente mezclando los ingredientes. Según palabras de Oliver, "nuestro enfoque utiliza solo una pequeña cantidad de aluminio, lo que asegura que se disuelva completamente en el galio mayoritario en forma de nanopartículas discretas". Este método logra una producción de hidrógeno mucho mayor, casi completa en comparación con el valor teórico basado en la cantidad de aluminio. Además, permite una fácil recuperación y reutilización del galio.

Los creadores del compuesto aseguran que se puede fabricar utilizando fuentes de aluminio fácilmente disponibles, como papel de aluminio o latas usadas. Además, una vez producido, puede almacenarse por largos períodos de tiempo siempre y cuando se cubra con ciclohexano para protegerlo de la humedad. Por su parte, Singaram afirma que el galio, aunque es un material poco abundante y costoso, se puede recuperar y reutilizar varias veces sin perder su eficacia.

A pesar de que el descubrimiento es muy prometedor, los investigadores reconocen que aún deben encontrar la manera de utilizarlo a gran escala en la industria. Esto también es válido para el nuevo catalizador desarrollado por la Universidad de Curtin en Australia, del cual ya hemos hablado anteriormente, y para el novedoso método de producción de hidrógeno solar termoquímico creado por científicos del NREL.

Transformando el HO Proceso de Electrólisis

El proceso de electrólisis permite descomponer el agua en sus componentes de hidrógeno y oxígeno. Esta reacción es opuesta a la combustión de hidrógeno y requiere la aportación de energía en forma de electricidad. Este proceso se lleva a cabo en una célula electroquímica que cuenta con un cátodo y un ánodo, conectados por un conductor con iones de átomos de hidrógeno disueltos en agua. Al pasar la corriente eléctrica entre los electrodos, el agua se descompone y se produce hidrógeno en el cátodo y oxígeno en el ánodo.

Además, existen otros tipos de células electroquímicas llamadas "pilas de combustible", que funcionan de manera inversa utilizando el hidrógeno y oxígeno como combustible para generar electricidad y agua. Por lo tanto, la electrólisis y las pilas de combustible son procesos complementarios que nos permiten obtener energía y agua de manera sostenible.

Implicaciones medioambientales

El preciado recurso del agua limpia se encuentra amenazado a nivel global, planteando un dilema moral. Las Naciones Unidas han advertido que más de 2.000 millones de personas viven en países con alto estrés hídrico, y se proyecta que esta situación empeore en un futuro cercano debido al crecimiento poblacional y al impacto del cambio climático. Existe preocupación de que la popularización del hidrógeno como fuente de energía aumente aún más este estrés hídrico.

Sin embargo, hay posibilidades para abordar este problema. Una de ellas sería desarrollar tecnologías que permitan acabar con la corrosión que limita el uso del agua marina en la producción de hidrógeno mediante electrólisis. Otra opción sería aprovechar las plantas de desalinización y ósmosis inversa para purificar agua de mar y aguas residuales y utilizarlas como materia prima para el hidrógeno.

Es importante contextualizar la situación del hidrógeno a nivel mundial para comprender mejor el verdadero problema. Según un estudio de Herib Blanco para la Agencia Internacional de Energías Renovables (IRENA), si el mundo llegara a utilizar más de 70EJ (exajulios) de hidrógeno electrolítico para 2050, se requeriría un consumo de agua de aproximadamente 25 bcm (millardos de metros cúbicos). De esta manera, se evidencia la necesidad de buscar alternativas sostenibles y responsables en la producción de hidrógeno para garantizar la preservación de este crucial recurso hídrico.

Larga vida al molibdeno sulfuroso

La potente capacidad de sulfuro de molibdeno como catalizador de hidrógeno, tal como afirma el estudio, se atribuye a su carácter libre de metales nobles y alta actividad, sin embargo, todavía no se ha logrado controlar por completo.

Bajo la dirección del profesor Sebastian Fiechter, este estudio describe una forma avanzada de obtener hidrógeno a partir de la luz solar, mediante un proceso que requiere de catalizadores para acelerar la separación de agua en oxígeno e hidrógeno.

En este sentido, es el sulfuro de molibdeno el que juega un papel esencial, ya que es un catalizador mucho más económico en comparación con aquellos fabricados con materiales como el platino o el reutenio. Además, se ha demostrado que, a diferencia de otras opciones, su actividad catalítica es superior incluso a temperatura ambiente.

A partir de biomasa

La biomasa es la materia orgánica procedente de seres vivos, tanto vegetales como animales, ricos en compuestos hidrogenados. Al ser sometida a tratamientos específicos, puede generar gas, conocido como biogás, que mediante procesos químicos de reformado puede producción de hidrógeno.

Otra forma de tratamiento de la biomasa da lugar a biocarburantes líquidos, como el bioetanol o el biodiesel, que también pueden utilizarse como combustibles y permiten una producción de H2 más fácilmente transportable.

En todas estas opciones, además de hidrógeno, también se obtiene dióxido de carbono, pero a diferencia de los combustibles fósiles, este CO2 no tiene un impacto negativo en el medio ambiente, ya que es parte del ciclo natural.

La cantidad de agua necesaria para producir hidrógeno

Viabilidad de la producción masiva de hidrógeno utilizando agua marina

El uso de la tecnología para aprovechar el agua marina en la producción de hidrógeno se ha establecido como una de las claves para su futura viabilidad como fuente de energía. En nuestro planeta, el 96% del agua disponible es salada, mientras que solo el 4% es dulce, por lo que es esencial encontrar formas de utilizar el agua del mar sin necesidad de desalinizarla previamente.

Según Michael Webber, del Centro de Política Energética y Ambiental Internacional de la Universidad de Texas en Austin, para producir 1 kg de gas hidrógeno se necesitan aproximadamente 9 litros de agua. Si extrapolamos esta cifra a una producción anual de 60 mil millones de kilogramos de hidrógeno, se requerirían 541 mil millones de galones de agua dulce y destilada. Esto equivale a la cantidad de agua necesaria para refinar la misma cantidad de petróleo (aproximadamente entre 3,7 y 9,5 galones por cada 3,7 litros).

Además, según Oilprice, los sistemas de tratamiento de agua suelen necesitar unas dos toneladas de agua contaminada para producir una tonelada de agua purificada. En otras palabras, una tonelada de hidrógeno requiere en realidad 18 toneladas de agua, en lugar de las 9 toneladas mencionadas anteriormente. Y teniendo en cuenta las pérdidas, la proporción se acerca a las 20 toneladas de agua necesarias por cada tonelada de hidrógeno.

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