Desarrollan prototipo de reactor para producir hidrógeno a bajo costo

Investigadores del Cinvestav Querétaro diseñaron un innovador reactor para producir hidrógeno

El hidrógeno es el elemento más abundante en el universo y se encuentra en diferentes formas o como parte de diversos compuestos químicos; sin embargo, no se puede encontrar en estado puro, por ello es necesario emplear diversos métodos, que consumen altas cantidades de energía para obtenerlo.

Como combustible tiene un alto valor calorífico y energético, por ejemplo, un kilo de hidrógeno equivale a la energía de 3.5 kilos de petróleo, uno de gas natural u ocho de gasolina; por lo tanto, con el objetivo de ofrecer una alternativa para obtenerlo de manera eficiente y a bajo costo, investigadores del Cinvestav Querétaro crearon un prototipo de reactor que presenta novedades, comparadas con  métodos convencionales, al proponer el uso de nanopartículas de un óxido metálico, de bajo costo, soluciones acuosas ácidas, un sistema de compresión simultáneo y empleo de paneles solares en su generación con una pureza de 99.9 por ciento.

“Desde hace varios años trabajamos en la producción de hidrógeno a partir de desechos agrícolas, como nopal, pulpa de café o cáscara de tomate, pero con la experiencia de los posdoctorantes José Luis Pineda Delgado y Alejandro Menchaca Rivera, en el diseño de reactores y en la síntesis de materiales nanoestructurados respectivamente, diseñamos un pequeño prototipo de reactor, probamos el concepto y en este momento estamos realizando los cálculos necesarios para verificar la cantidad exacta que podemos producir de dicho elemento”, sostuvo Juan Francisco Pérez Robles, líder del grupo de investigación.

Entre las innovaciones tecnológicas del reactor es que, al producir más hidrógeno, también lo comprime

El prototipo de reactor propone una configuración completamente diferente a la de equipos comerciales, que le permiten evitar cualquier problema con el oxígeno (el cual lo hace explosivo); emplea soluciones acuosas ácidas con ácido sulfúrico, incrementando también la presencia de altas cantidades de iones de hidronio (manipulando la solución acuosa) como base para una mayor producción del elemento.

Además de producir el hidrógeno, el equipo científico también se propuso comprimirlo en el mismo reactor con la meta de llegar a las mil libras empezando con presiones moderadas de 100 e ir avanzando; entonces conjuntaron dos procesos con su tecnología: generar el hidrógeno y comprimirlo.

En la producción de hidrógeno un factor a considerar es su presión, porque a mayor nivel de presurización se requiere un sistema de almacenamiento de menor volumen y en caso de generarse a presión y temperatura atmosférica normal necesita un recipiente de mayor tamaño.

Por ejemplo, si se obtuviera un kilo de hidrógeno y se dispusiera en un recipiente de volumen para litro (dependiendo de la presión aplicada), ya se podrían disponer dentro de un vehículo, es decir, dependiendo de la presión el gas se puede almacenar más fácilmente o transportar de manera sencilla. Actualmente lo más viable es presurizarlo, aunque a nivel internacional se trabaja para poder almacenarlo en nanoestructuras.

Sobre la relación entre los materiales nanoestructurados y la producción de hidrógeno, se puede decir que son elementos usados con el objetivo de facilitar la conversión del agua o la división de sus moléculas para obtener el gas, y mientras más finos sean los componentes usados en el proceso, se logra una mayor eficiencia, es decir, la actividad catalítica se incrementa al emplear materiales divididos en infinidad de partes pequeñas.

La propuesta tecnológica, encabezada por Juan Francisco Pérez, se encuentra en fase de escalamiento

Adicionalmente, con el objetivo de bajar los costos en la producción del hidrógeno, los investigadores utilizan celdas solares, con una capacidad de tres mil watts de potencia, para evitar usar energía de la red pública que incrementaría la inversión financiera en su generación. En una siguiente etapa se planea construir un prototipo de mayor escala y seguir usando la energía solar a fin de mantener el proceso sustentable.

Son múltiples los usos para el hidrógeno generado con el prototipo, entre ellas la hidrogenación de aceites; como combustible vehicular (ya sea en celdas o tanques de almacenamiento) o mezclado con gas metano para evaluar su poder explosivo y examinar la posibilidad de emplearlo en aviones de entrenamiento (con una empresa interesada). Sin embargo, las aplicaciones más próximas serían utilizarlo como carburante o vector en la producción de energía eléctrica.

“Estamos muy próximos de producir la cantidad suficiente de hidrógeno para abastecer la necesidad de diversas aplicaciones, la meta es el segundo semestre de este año, pero como ya tenemos el prototipo y la mayor parte de los materiales, con un poco de apoyo financiero que pudiera aportar la industria, ya podríamos construir un prototipo de mayor escala con la posibilidad de comercializarlo y generar la cantidad del elemento que se requiera; al momento trabajamos en el registro de patentes”, aseguró Juan Francisco Pérez Robles.