Un equipo de investigadores de la Universidad Nacional de Singapur (NUS) ha descubierto, de manera accidental y fortuita, un nuevo método que podría revolucionar la forma en que se descompone el agua para obtener hidrógeno. Un proceso más eficiente energéticamente que podría abaratar el precio del hidrógeno.
El hidrógeno es el elemento más abundante en el universo, pero su disponibilidad en la Tierra es limitada. El hidrógeno, que podría convertirse en uno de los combustibles limpios del futuro, se puede obtener de varias maneras. El llamado hidrógeno verde se obtiene mediante electrólisis del agua, un método que separa las moléculas de oxígeno e hidrógeno del agua (H2O), pero para ello se necesita una importante cantidad de energía.
Un apagón fortuito, el accidente que desencadenó el descubrimiento
En circunstancias normales, quizá el equipo de investigadores, encabezado por el profesor Xue Jun Min, nunca hubiera logrado su descubrimiento. Porque en circunstancias normales, las luces del laboratorio donde investigan permanecen encendidas las 24 horas del día. Sin embargo, una noche de 2019 hubo un apagón y el laboratorio quedó a oscuras durante unas horas.
Cuando los investigadores regresaron al laboratorio al día siguiente, descubrieron que el rendimiento de su experimento de electrólisis del agua había caído drásticamente. La ausencia de luz había afectado al rendimiento del material catalítico, un compuesto a base de oxihidróxido de níquel (NiO6). El proceso de electrólisis del agua había continuado en la oscuridad, pero su rendimiento se había desplomado.
La sorpresa fue notoria entre el equipo de científicos: primero, porque nadie había hecho nunca el experimento en la oscuridad. Segundo, porque según la literatura científica, «un material así no debería ser sensible a la luz; la luz no debería tener ningún efecto sobre sus propiedades». Tres años más tarde, el profesor Xue y su equipo han publicado finalmente sus resultados en un artículo científico en Nature.
Se puede producir más hidrógeno en menos tiempo y con menos energía
Esta casualidad condujo a los científicos a investigar cómo afectaba la luz al proceso de electrólisis, repitiendo los experimentos incluso fuera de Singapur para asegurarse de que sus resultados eran coherentes.
Así las cosas, los investigadores descubrieron que la luz puede hacer más eficiente el proceso de obtención de hidrógeno. «Descubrimos que el centro redox de la reacción electrocatalítica cambia entre el metal y el oxígeno, activado por la luz», explica Xue Jun Min. «Esto mejora en gran medida la eficacia de la electrólisis del agua».
Dejando pasar más luz, se puede obtener hidrógeno mediante electrólisis de manera más eficiente desde el punto de vista energético, lo que permite abaratar su precio. «Esto debería requerir menos energía en el proceso de electrólisis, y debería ser mucho más fácil utilizar la luz natural», detallan los autores de la investigación. «Se puede producir más hidrógeno en menos tiempo y con menos energía».
Abaratar los costes del hidrógeno verde a escala industrial
El material catalizador del experimento es muy utilizado en la electrólisis del agua, así que después de su descubrimiento, los investigadores se pusieron a trabajar en nuevos métodos de mejorar los procesos industriales de obtención de hidrógeno. Una de las propuestas es que las celdas que contienen sean transparentes para ayudar a que se introduzca la luz en el proceso de división del agua.
Con este nuevo hallazgo se pueden conseguir nuevos y más eficientes métodos industriales para la producción de hidrógeno verde a escala industrial. El hidrógeno producido mediante electrólisis es el llamado hidrógeno verde. Cuando se utilizan fuentes de energía renovables como la energía solar o eólica, su producción no genera emisiones contaminantes.
Sin embargo, hoy en día la mayor parte del hidrógeno producido y consumido es hidrógeno gris, obtenido a partir de hidrocarburos (principalmente gas natural). La utilización de hidrocarburos requiere gran cantidad de energía e implica altas emisiones contaminantes. Según un informe del Ministerio para la Transición Ecológica y el Reto Demográfico, actualmente el 99% del hidrógeno consumido en España es hidrógeno gris. A nivel mundial la proporción es muy similar.
Por eso es crucial conseguir una manera más barata de producir hidrógeno verde, sin emisiones. Y es que las aplicaciones industriales del hidrógeno son numerosas: además de su potencial en vehículos con pila de combustible y como combustible en motores de combustión menos contaminantes, el hidrógeno se utiliza en la industria petrolera para eliminar el azufre del petróleo; en la industria de los fertilizantes; para soldar metales (puede generar temperaturas de hasta 4.000º C); e incluso en la industria alimentaria para convertir los aceites y grasas insaturados en saturados, y obtener así la margarina y la mantequilla.
