El hidrógeno es un componente crítico en la fabricación de miles de productos comunes, desde plástico hasta fertilizantes, pero producir hidrógeno puro es caro y consume mucha energía. Ahora, un equipo de investigación de la Universidad de Princeton ha aprovechado la luz solar para aislar el hidrógeno de las aguas residuales industriales.

En un artículo publicado el 19 de febrero en la revista Ciencias de la energía y el medio ambiente , los investigadores informaron que su proceso duplicó la tasa actualmente aceptada para las tecnologías escalables que producen hidrógeno mediante la división del agua.

La técnica utiliza una cámara especialmente diseñada con una interfaz de silicio negro "queso suizo" para dividir el agua y aislar el gas hidrógeno. El proceso es ayudado por bacterias que generan corriente eléctrica al consumir materia orgánica en las aguas residuales; la corriente, Sucesivamente, ayuda al proceso de división del agua.

El equipo, dirigido por Zhiyong Jason Ren, profesor de ingeniería civil y medioambiental y del Centro Andlinger de Energía y Medio Ambiente, eligió las aguas residuales de las cervecerías para la prueba. Corrieron las aguas residuales a través de la cámara, usó una lámpara para simular la luz del sol, y observó la descomposición de los compuestos orgánicos y el burbujeo del hidrógeno.

El proceso "nos permite tratar aguas residuales y simultáneamente generar combustibles, "dijo Jing Gu, co-investigador y profesor asistente de química y bioquímica en la Universidad Estatal de San Diego.

Los investigadores dijeron que la tecnología podría atraer a las refinerías y plantas químicas, que suelen producir su propio hidrógeno a partir de combustibles fósiles, y enfrentan altos costos de limpieza de aguas residuales.

Históricamente, la producción de hidrógeno se ha basado en el petróleo, gas o carbón, y un método de uso intensivo de energía que implica procesar la reserva de hidrocarburos con vapor. Los fabricantes de productos químicos luego combinan el gas hidrógeno con carbono o nitrógeno para crear productos químicos de alto valor, como metanol y amoniaco. Los dos son ingredientes de fibras sintéticas, fertilizante, plásticos y productos de limpieza, entre otros bienes de uso diario.

Aunque el hidrógeno se puede utilizar como combustible para vehículos, la industria química es actualmente el mayor productor y consumidor de hidrógeno. La producción de productos químicos en países altamente industrializados requiere más energía que la producción de hierro, acero, metales y alimentos, según un informe de 2016 de la Administración de Información Energética de EE. UU. El informe estima que la producción de productos químicos básicos seguirá siendo el principal consumidor industrial de energía durante las próximas dos décadas.

"Es una situación en la que todos ganan para la industria química y otras, "dijo Lu Lu, el primer autor del estudio y un investigador asociado en el Centro Andlinger. "Pueden ahorrar en el tratamiento de aguas residuales y ahorrar en el uso de energía a través de este proceso de creación de hidrógeno".

Según los investigadores, esta es la primera vez que las aguas residuales reales, no soluciones hechas en laboratorio, se ha utilizado para producir hidrógeno mediante fotocatálisis. El equipo produjo el gas de forma continua durante cuatro días hasta que se acabaron las aguas residuales. lo cual es significativo, los investigadores dijeron, porque los sistemas comparables que producen productos químicos a partir del agua han fallado históricamente después de un par de horas de uso. Los investigadores midieron la producción de hidrógeno controlando la cantidad de electrones producidos por las bacterias, que se correlaciona directamente con la cantidad de hidrógeno producido. La medición estaba en el extremo superior para experimentos de laboratorio similares y, Ren dijo, dos veces más alto que las tecnologías con el potencial de escalar para uso industrial.

Ren dijo que ve esta tecnología como escalable porque la cámara utilizada para aislar el hidrógeno es modular, y varios se pueden apilar para procesar más aguas residuales y producir más hidrógeno.

Aunque todavía no se ha realizado un análisis del ciclo de vida, los investigadores dijeron que el proceso será al menos energéticamente neutro, si no es energía positiva, y elimina la necesidad de combustibles fósiles para crear hidrógeno.

Los investigadores dijeron que probablemente experimentarán produciendo mayores cantidades de hidrógeno y otros gases en el futuro. y esperamos trasladar esta tecnología a la industria.