Investigadores descubren una forma de producir hidrógeno y purificar agua al mismo tiempo

Un catalizador asequible y de fácil producción impulsa un nuevo proceso que podría revolucionar las soluciones energéticas fuera de la red.

24 de abril de 2023 Por Adrianna MacPherson

En una pila de combustible que utiliza el nuevo catalizador descubierto por investigadores de la U of A, el agua suministrada reacciona con el catalizador para producir hidrógeno y agua potable. (Foto: Materiales de Materia Oscura)

Investigadores de la Universidad de Alberta han desarrollado un nuevo catalizador que podría revolucionar la forma en que generamos energía y purificamos el agua. Cuando se coloca en cualquier tipo de agua y se le proporciona una pequeña cantidad de energía, el catalizador produce hidrógeno que puede introducirse en una pila de combustible para generar electricidad junto con agua destilada que sea segura para beber.

El catalizador fue descubierto casi por casualidad cuando Robin Hamilton estaba creando un electrodo para un estudiante universitario que trabajaba en un proyecto de reciclaje de biomasa residual. Mezcló una combinación de polvos y los dejó reposar durante la noche en agua, con la intención de terminar la celda al día siguiente. Cuando regresó por la mañana, la mezcla estaba burbujeando, una reacción extremadamente fuera de lo común.

“Resulta que cuando se mezclan estas dos cosas, interactúan, trabajan juntas y se desprende hidrógeno. Nos sorprendió”, dice Hamilton, investigador asociado senior en el Departamento de Química.

Hamilton consultó a los profesores de química Jeff Stryker y Jonathan Veinot, compartieron el descubrimiento inesperado y aprovecharon sus respectivas experiencias. El equipo rápidamente se dio cuenta de que tenían algo extraordinario entre manos: la combinación específica de polvos podría servir como un nuevo tipo de catalizador.

El catalizador que crearon está hecho con material que no es tóxico y es abundante. Es fácil y económico de producir, lo que lo convierte en una alternativa asequible y accesible a los catalizadores actuales en el mercado, que requieren materiales costosos y de suministro limitado.

Su catalizador también se puede utilizar con cualquier tipo de agua, otro factor que le da una ventaja sobre las formas actuales de generar hidrógeno, como la electrólisis del agua.

"Hay escasez de agua potable y ese es el mayor problema de la electrólisis del agua para generar hidrógeno: hay que utilizar agua limpia", dice Hamilton. “Con esto, no lo haces. Tomamos algo que está sucio, que no se puede beber, y generamos hidrógeno y electricidad en una pila de combustible. Y escupe agua que puedes beber”.

“Se podrían convertir los estanques de relaves de arenas bituminosas en combustible utilizable y al mismo tiempo purificar el agua. Parece demasiado bueno para ser verdad, pero no lo es”, añade Veinot.

Además de que el catalizador supone una mejora notable con respecto a los catalizadores disponibles actualmente, también transforma lo que normalmente es un proceso que consume mucha energía en algo que se puede lograr con temperaturas mucho más bajas y menos aporte de energía.

El nuevo proceso impulsado por catalizador también produce poco oxígeno, lo que lo hace menos volátil que los métodos actuales. Como explica Hamilton, cuando se utiliza una pila de combustible de hidrógeno, el método más común para generar hidrógeno es mediante electrólisis del agua. Este proceso divide el agua en hidrógeno y oxígeno, los separa y luego los recombina en la pila de combustible para generar electricidad.

“Mezclas hidrógeno y oxígeno y alcanzas ciertas concentraciones, es una mezcla explosiva. Por lo que hay que separarlos para poder utilizarlo de forma segura. Con nuestro método, secuestramos el oxígeno sin estos costosos separadores de membrana que se usan normalmente, y podemos generar el hidrógeno y hacer que vaya directamente a la celda de combustible. No es necesario separarlo”, dice Hamilton.

“Piense en tener la manguera de su jardín proporcionándole el agua que se puede convertir básicamente según sea necesario en el combustible que desea. Elimina el transporte, elimina el almacenamiento, elimina las posibilidades explosivas negativas”, añade Veinot.

Inicialmente, los investigadores buscan crear dispositivos fuera de la red que puedan ayudar a comunidades remotas o ayudar en casos de desastre, cuando el acceso al gas natural y al agua potable es un problema. Están imaginando un sistema todo en uno que sea relativamente compacto y fácil de usar: "algo así como un SodaStream, pero en lugar de expulsar CO2 para obtener tu bebida gaseosa, libera hidrógeno que va a tu celda de combustible". para generar energía”, dice Hamilton.

"Las soluciones fuera de la red son el objetivo inicial porque es ahí donde podemos lograr el mayor impacto".

Applied Quantum Materials, una empresa cofundada por Veinot, está incubando Dark Matter Materials, una nueva empresa cofundada por Stryker y Hamilton para comercializar el nuevo catalizador y método. Dark Matter Materials ya ha despertado el interés del sector energético y agrícola local, así como de varias empresas multinacionales con sede en Estados Unidos, Europa y Asia.

“Estamos en una circunstancia única en Alberta en el sentido de que Edmonton será un centro de hidrógeno. La U of A tiene un historial de participación en la energía, y el departamento de química tiene un historial de participación en la energía con respecto a las arenas bituminosas”, dice Veinot. "Ahora tenemos una oportunidad fundamental para llevar esto al siguiente nivel".

Robin Hamilton, Jeff Stryker y Jonathan Veinot estarán en la Convención Canadiense sobre Hidrógeno en Edmonton esta semana para presentar y demostrar su innovador catalizador para producir hidrógeno y agua destilada. Se encuentran entre más de una docena de investigadores de la Universidad de Alberta que hablaron en la convención y realizaron demostraciones en el stand de la U of A, destacando su trabajo en todo, desde cómo el hidrógeno puede ayudar a descarbonizar las redes eléctricas hasta cómo puede alimentar autobuses urbanos y camiones pesados. .