Recientemente, un equipo de científicos de la Universidad Rice ha conseguido obtener hidrógeno, una alternativa sostenible a los combustibles fósiles, a partir de residuos plásticos.
Normalmente, los métodos utilizados para producir hidrógeno suelen ser insostenibles, mientras que la propia energía puede serlo. Se sabe que estos métodos generan emisiones de carbono y, además, su producción es costosa.
Estrategia de bajas emisiones
Sin embargo, esta nueva técnica es una estrategia de bajas emisiones que podría amortizarse con creces, según un comunicado de los investigadores.
Kevin Wyss, antiguo alumno de doctorado de la Universidad Rice y autor principal del estudio, explicó que el equipo convirtió plásticos residuales -incluidos plásticos de desecho mezclados que no tienen que clasificarse por tipo ni lavarse- en gas hidrógeno de alto rendimiento y grafeno de gran valor.
“Si el grafeno producido se vende a sólo el 5% del valor actual de mercado ⎯ , ¡una rebaja del 95%! ⎯ se podría producir hidrógeno limpio gratis”, expresó Wyss.
El hidrógeno verde, derivado de fuentes de energía renovables, que experimenta un proceso de división del agua en dos componentes, tiene un precio aproximado de 5 dólares por algo más de un kilo.
En comparación, la mayor parte de los 100 millones de toneladas de hidrógeno consumidas en el mundo en 2022 se produjo a partir de combustibles fósiles más baratos. Aún así, la producción tuvo aproximadamente 12 toneladas de dióxido de carbono por tonelada de hidrógeno.
Hacia la neutralidad energética
James Tour, catedrático de Química T. T. y W. F. Chao de Rice y profesor de Ciencia de los Materiales y Nanoingeniería, señaló:
“La principal forma de hidrógeno utilizada hoy es el hidrógeno ‘gris’, producido mediante reformado de metano al vapor, un método que genera mucho dióxido de carbono”.
“Es probable que la demanda de hidrógeno se dispare en las próximas décadas, por lo que no podemos seguir fabricándolo de la misma forma que hasta ahora si queremos alcanzar seriamente las emisiones netas cero en 2050”.
El proceso científico de creación de hidrógeno a partir de residuos plásticos consiste en exponer las muestras de residuos a un calentamiento Flash Joule durante casi cuatro segundos. De este modo se eleva la temperatura a 3100 grados Kelvin.
Como consecuencia, el proceso vaporiza el hidrógeno dentro de los plásticos, formando grafeno, un material extraordinariamente ligero y robusto compuesto por una sola capa de átomos de carbono.
Figura 1. Imagen de microscopio electrónico de barrido (SEM) de pilas de láminas de grafeno flash a escala nanométrica formadas a partir de residuos plásticos. (Imagen cortesía de Kevin Wyss/Tour lab).
Estudio de la composición de los gases
Wyss explicó que cuando se descubrió por primera vez la técnica de calentamiento flash Joule y se utilizó después para convertir los residuos plásticos en grafeno, los científicos observaron que se producían muchos gases volátiles y que salían disparados del reactor.
“Nos preguntábamos qué eran, sospechábamos que una mezcla de pequeños hidrocarburos e hidrógeno, pero carecíamos de la instrumentación necesaria para estudiar su composición exacta”.
Para analizar el contenido vaporizado, el equipo adquirió el equipo necesario para determinar la producción de hidrógeno.
Los científicos recuperaron el 68% del hidrógeno atómico a pesar de tener una pureza del 94%.
Wyss describió: “Sabemos que el polietileno, por ejemplo, está compuesto por un 86 % de carbono y un 14 % de hidrógeno. Desarrollar los métodos y conocimientos necesarios para caracterizar y cuantificar todos los gases, incluido el hidrógeno, producidos por este método fue un proceso difícil pero gratificante para mí”.
Wyss destacó otras nuevas técnicas empleadas en la investigación y el desarrollo de hidrógeno generador de bajas emisiones, como la evaluación del ciclo de vida y la cromatografía de gases.
“Espero que este trabajo permita producir hidrógeno limpio a partir de residuos plásticos, con lo que posiblemente se solucionen problemas ambientales importantes como la contaminación por plásticos y la producción de hidrógeno mediante reformado de metano con uso intensivo de gases de efecto invernadero”.