Créditos de las imagenes: latamisrael.
Bienvenidos a un nuevo análisis de latamisrael Intelligent Insight.
En el ámbito de la investigación científica aplicada, uno de los principales retos del hidrógeno verde ha sido su costo de producción en comparación con los métodos tradicionales basados en combustibles fósiles.
Un estudio publicado en la revista Nature Communications, liderado por el Prof. Avner Rothschild y el investigador postdoctoral Dr. Guilin Ruan, propone una alternativa técnica para abordar este desafío económico: generar hidrógeno de manera simultáne
1. El contexto económico del hidrógeno verde
El hidrógeno verde se obtiene mediante la electrólisis del agua utilizando electricidad generada a partir de fuentes renovables.
Este vector energético es considerado relevante para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero en sectores industriales complejos de electrificar directamente, tales como la producción de acero y fertilizantes, el refino de petróleo y la elaboración de combustibles de transporte alternativo.
Sin embargo, su adopción a escala industrial sigue siendo limitada debido a que resulta más costoso que el hidrógeno producido a partir de gas natural o carbón, procesos que actualmente concentran cerca del 2% de las emisiones globales de dióxido de carbono.
En la electrólisis convencional, el oxígeno que se produce junto con el hidrógeno se libera o tiene un valor comercial marginal, lo que deja al hidrógeno la carga financiera total del proceso.
2. La propuesta de Rothschild y Ruan: co-producción de epóxidos
Para modificar esta dinámica, Rothschild y Ruan replantearon el proceso de división del agua. El objetivo central fue reemplazar la formación de oxígeno por la síntesis paralela de un epóxido.
Los epóxidos son componentes químicos fundamentales en la industria para la fabricación de polímeros, recubrimientos, adhesivos y productos farmacéuticos.
Al redirigir la reacción electroquímica para obtener tanto hidrógeno como epóxidos en un mismo proceso, la ecuación económica del sistema cambia de forma sustancial al comercializar dos productos de alta demanda en lugar de uno solo.
3. Resultados experimentales
Los experimentos presentados en el estudio aportan datos específicos sobre el rendimiento del método:
Eficiencia: Los autores reportan un rendimiento aproximado del 98% tanto en la generación de hidrógeno como en la reacción paralela de síntesis del epóxido, con una pérdida estimada de solo el 2% en procesos secundarios.
Densidad de corriente: Los niveles alcanzados se encuentran en rangos compatibles con los requerimientos operativos de la electrólisis a escala industrial.
De acuerdo con el Dr. Guilin Ruan, este desarrollo implica una optimización conjunta de todos los elementos del sistema, incluyendo los electrodos, el mediador redox, el entorno de solventes y la configuración operativa, lo que permite realizar el proceso de manera eficiente sin necesidad de emplear una membrana física para separar los electrodos.
4. Protección de la tecnología
Para respaldar el desarrollo de esta tecnología, los investigadores ya han presentado una solicitud formal de patente en los Estados Unidos.
Si bien el traspaso de la escala de laboratorio a la infraestructura industrial de refinerías y plantas químicas requiere fases adicionales de ingeniería y validación, este trabajo ofrece una vía técnica concreta para integrar la producción de energía limpia con la manufactura de insumos químicos.
Para entender mejor y facil la parte tecnica:
Qué es la electrólisis del agua?
Es un proceso electroquímico en el cual se aplica una corriente eléctrica para descomponer las moléculas de agua ($H_2O$) en sus componentes básicos: hidrógeno y oxígeno. Tradicionalmente, la reacción se divide en dos semiceldas: una que produce hidrógeno y otra que genera oxígeno.
Qué diferencia al hidrógeno verde de otros tipos de hidrógeno?
El hidrógeno verde se obtiene mediante la electrólisis utilizando electricidad generada a partir de fuentes renovables (como energía solar o eólica). A diferencia del hidrógeno producido a partir de gas natural o carbón, el proceso verde no emite dióxido de carbono de manera directa, lo que lo convierte en un vector relevante para la descarbonización industrial.
Qué son los epóxidos y cuál es su función en este proceso?
Los epóxidos son compuestos químicos orgánicos que contienen un grupo epoxi (un átomo de oxígeno enlazado a dos átomos de carbono contiguos). Funcionan como bloques de construcción esenciales en la industria química para fabricar plásticos, polímeros, recubrimientos, adhesivos y productos farmacéuticos. En la investigación desarrollada por Avner Rothschild y Guilin Ruan, se propone sintetizar epóxidos en el ánodo en lugar de producir oxígeno, generando un producto de alto valor comercial en paralelo con el hidrógeno.
Qué es la densidad de corriente y por qué es importante?
La densidad de corriente es la cantidad de corriente eléctrica que circula por unidad de área de los electrodos (medida habitualmente en amperios por centímetro cuadrado, $A/cm^2$). Alcanzar una densidad de corriente adecuada significa que la reacción química ocurre a una velocidad suficiente para satisfacer los requerimientos operativos de una planta industrial a gran escala, superando las limitaciones típicas de las pruebas a escala de laboratorio.
Qué es un mediador redox?
Es una sustancia química soluble que actúa como intermediaria en la transferencia de electrones dentro del sistema. Facilita el transporte de carga entre la superficie del electrodo y el reactivo químico sin sufrir un consumo permanente en la reacción global, lo que ayuda a optimizar la eficiencia energética del proceso.
En qué consiste la electrólisis sin membrana?
Es una configuración de celda electroquímica en la que no se utiliza una membrana física para separar los compartimentos del ánodo y el cátodo. Los sistemas convencionales requieren membranas para evitar que los gases o productos formados se mezclen y reaccionen entre sí. La ausencia de membrana simplifica la arquitectura del dispositivo, reduce las pérdidas por resistencia eléctrica y disminuye la complejidad operativa del sistema.
Qué opinas sobre este enfoque de co-producción industrial para mejorar la viabilidad económica de las tecnologías limpias?
Te leemos en los comentarios.
Descubre más desde LatamIsrael
Suscríbete y recibe las últimas entradas en tu correo electrónico.
