Investigadores del Laboratorio de Electrónica Orgánica de la Universidad de Linköping han desarrollado una pila de combustible que utiliza lignina, un subproducto económico de la fabricación de papel y uno de los biopolímeros más comunes.

Aproximadamente el 25 por ciento de un árbol es lignina, un biopolímero que pega las fibras de celulosa para formar madera fuerte y duradera. Durante la fabricación química de la pulpa de papel, esta lignina se disuelve en el proceso de sulfato o sulfito, ya que la celulosa es el componente deseado para la fabricación de papel. La lignina es barata y fácilmente disponible. Es un biopolímero que consta de una gran cantidad de cadenas de hidrocarburos entrelazadas, que se puede descomponer en un proceso industrial en sus partes constituyentes ricas en energía, bencenodioles. Uno de estos, el catecol constituye el 7 por ciento de la lignina. Investigadores del grupo de Materiales de Energía Orgánica en LiU, dirigido por el profesor Xavier Crispin, han descubierto que este tipo de molécula es un excelente combustible para su uso en pilas de combustible.

El combustible más utilizado en las pilas de combustible tradicionales es el gas hidrógeno, que reacciona con el oxígeno del aire. La energía química se convierte en la pila de combustible en electricidad, agua y calor. Sin embargo, El 96 por ciento del hidrógeno producido en todo el mundo proviene de fuentes no sostenibles. y va acompañado de emisión de dióxido de carbono.

Otros combustibles utilizados en las pilas de combustible son el etanol y el metanol, pero estos producen también dióxido de carbono como subproducto. Los electrodos necesarios para atraer los electrones que huyen suelen estar hechos de platino, que es caro y escaso.

Bencenodioles, sin embargo, son moléculas aromáticas, y los electrodos metálicos no se pueden utilizar en pilas de combustible a base de bencenodioles, ya que las reacciones son un poco más complejas. En cambio, los investigadores utilizan electrodos hechos del popular polímero conductor PEDOT:PSS. Este polímero tiene la interesante propiedad de conducir electricidad, mientras que al mismo tiempo tiene un excedente de protones. Esto significa que funciona como electrodo y conductor de protones.

"PEDOT:PSS es un catalizador perfecto para la reacción con un bencenodiol como el catecol, "dice Xavier Crispin

La energía química del combustible se convierte en electricidad sin que se forme dióxido de carbono.

"Cuando se utiliza un combustible como el etanol en una pila de combustible, la gente suele afirmar que tiene un impacto nulo en el clima, ya que el dióxido de carbono es un componente de una circulación. Esto significa que el etanol se considera un combustible ecológico. Ahora podemos fabricar electricidad sin ninguna emisión de dióxido de carbono, lo que hace que nuestro combustible sea superverde. La tecnología también es barata y escalable, "dice Xavier Crispin.

Solo unos pocos grupos de investigación han investigado PEDOT:PSS como posible material tanto para electrodos como para catalizador.

"Existe una falta fundamental de conocimiento sobre PEDOT:PSS dentro de la electroquímica, "concluye Xavier Crispin, mientras presenta con orgullo al estudiante de doctorado Canyan Che y al ingeniero principal de investigación Mikhail Vagin, que forman el grupo que ha trabajado con la pila de combustible.

Los investigadores han calculado que la cantidad de electricidad producida por la nueva pila de combustible es aproximadamente la misma que la de las pilas de combustible a base de etanol y metanol actuales.

"Ya está disponible un método eficaz para producir catecol a partir de lignina, y somos los primeros en el mundo en demostrar una pila de combustible que utiliza combustible de esta materia prima forestal, ", concluye Xavier Crispin.

Queda por mejorar y optimizar la función.

Los resultados han sido publicados en la revista científica Sistemas sostenibles avanzados .

La investigación se ha llevado a cabo bajo los auspicios del Centro de Celulosa Digital, financiado por Vinnova, y también es parte de la inversión estratégica del gobierno en materiales funcionales avanzados, AFM, en LiU.