El Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) ha propuesto una nueva tecnología que pretende utilizar la reacción entre el aluminio y el agua de mar para producir hidrógeno, y el costo de producción también es bastante competitivo.
Latas de aluminio, agua de mar y posos de café: solo se necesitan estos tres elementos para producir hidrógeno de manera eficiente y sostenible. Esta es una nueva tecnología propuesta recientemente por un equipo de investigación del MIT, que ha generado un gran revuelo desde su publicación. Según se informa, esta tecnología, desarrollada por el equipo liderado por el profesor de ingeniería mecánica del MIT, Douglas Hart, tiene como objetivo utilizar la reacción entre el aluminio y el agua de mar para producir hidrógeno. Todo el proceso logra menores emisiones, y el costo de producción es bastante competitivo. Además, si se agrega cierta cantidad de cafeína, se puede acelerar el proceso de producción de hidrógeno.
Expertos del sector señalan que esta tecnología conecta hábilmente las barreras entre el "reciclaje de latas" y la "producción limpia de hidrógeno", mostrando notables beneficios duales en términos de costo y sostenibilidad ambiental, lo que la convierte en una solución potencial para la producción de hidrógeno a gran escala.
Lograr un ciclo cerrado sostenible de producción de hidrógeno
El aluminio es un material abundante y estable que, en contacto con el agua, experimenta una simple reacción química que produce hidrógeno y calor. Sin embargo, la premisa para que el aluminio y el agua produzcan hidrógeno es que el aluminio debe estar en estado puro y expuesto. En la realidad, una vez que el aluminio entra en contacto con el oxígeno (es decir, se expone al aire), se forma inmediatamente una fina capa de óxido en su superficie que actúa como barrera, impidiendo una mayor reacción.
El equipo de Hart tomó esto como punto de partida y encontró una forma de romper esa capa de óxido: utilizar una aleación de galio e indio para eliminar la capa de óxido y dejar el aluminio en estado puro, que luego reacciona con el agua de mar liberando hidrógeno puro. La aceleración aportada por la cafeína fue una sorpresa agradable. Durante una prueba, el equipo de Hart agregó accidentalmente posos de café y descubrió que todo el proceso de producción de hidrógeno se aceleraba significativamente. La investigación final mostró que, al agregar una pequeña cantidad de imidazol de baja concentración (un componente activo de la cafeína), se puede producir la misma cantidad de hidrógeno en solo 5 minutos que la producida en 2 horas sin él.
Ali Kheirandish, doctor en ingeniería mecánica del MIT e investigador principal de esta tecnología, declaró: "Una de las principales ventajas de usar aluminio es su densidad energética por unidad de volumen. Con solo una pequeña cantidad de aluminio, es posible proporcionar una gran cantidad de energía para vehículos de hidrógeno".
Sin embargo, impulsar la aplicación a escala de la tecnología de producción de hidrógeno "aluminio-agua de mar" y lograr rentabilidad y sostenibilidad requiere grandes cantidades de la aleación de galio e indio, que es relativamente cara y escasa. "Debemos comprometernos a recuperar esta aleación después de la reacción", admitió Ali Kheirandish. "Afortunadamente, el agua de mar es una solución iónica barata y fácil de obtener. Utilizando una solución iónica para adsorber y recuperar la aleación de galio e indio, ayudando a que se precipite en una forma que se pueda recoger y reutilizar, se forma así un ciclo cerrado sostenible. Además, con los posos de café, la velocidad de reacción es mucho más rápida que solo con agua de mar".
Ventajas tanto en costo como en sostenibilidad ambiental
Desde una perspectiva ambiental, la tecnología de producción de hidrógeno aluminio-agua de mar es mucho menos contaminante que la producción de hidrógeno gris basada en combustibles fósiles. Según los cálculos del equipo de Hart, esta tecnología emite solo 1,45 kilogramos de CO₂ por cada kilogramo de hidrógeno producido, mientras que la producción de un kilogramo de hidrógeno gris emite 11 kilogramos de CO₂. Si se prioriza el uso de aluminio reciclado, la huella de carbono es solo el 5% de la del aluminio primario. Desde el punto de vista del costo, esta tecnología puede competir con la producción de hidrógeno verde, ya que no requiere altas temperaturas, alta presión ni complejos procesos de purificación, y su consumo energético es significativamente menor que la electrólisis del agua. El equipo de Hart señala que el costo de producción de esta tecnología es de solo 9 dólares por kilogramo, y además permite la producción bajo demanda, reduciendo el desperdicio innecesario.
Vale la pena mencionar que esta tecnología también produce boehmita durante el proceso de generación de hidrógeno. Esta es una sustancia química con excelentes propiedades aislantes y resistencia al calor, que puede aplicarse ampliamente en diversos campos como la electrónica, la energía y la industria química, incluyendo la fabricación de componentes electrónicos y semiconductores, materiales para recubrimiento de separadores en baterías de litio, etc. Evidentemente, esto compensa indirectamente parte de los costos de producción y puede generar aún más valor económico.
Hasta la fecha, la mayor parte de la producción mundial de hidrógeno aún proviene del hidrógeno gris, lo que genera emisiones considerables. Datos compilados por OilPrice.com muestran que la producción global de hidrógeno genera 900 millones de toneladas de emisiones de CO₂ al año, superando las aproximadamente 800 millones de toneladas de la industria de la aviación mundial.
Además, la rentabilidad económica del hidrógeno aún enfrenta desafíos. El costo del hidrógeno verde producido con energías renovables es casi cuatro veces mayor que el del hidrógeno gris producido a partir de gas natural. BloombergNEF señala que actualmente hay cerca de 1.600 proyectos de producción de hidrógeno anunciados o planificados a nivel mundial, pero solo el 12% de las plantas de producción han firmado acuerdos de compra de hidrógeno.
"Ningún desarrollador de proyectos sensato comenzaría a producir hidrógeno sin tener compradores, y ningún banquero sensato otorgaría un préstamo a un desarrollador de proyectos sin tener una certeza razonable de que alguien comprará el hidrógeno", dijo Martin Tengler, analista de BloombergNEF.
Perspectivas para el modo de "producción bajo demanda"
El hidrógeno es altamente inflamable y, cuando alcanza cierta concentración en el aire, forma una mezcla explosiva, por lo que su uso como combustible para vehículos conlleva ciertos riesgos. La tecnología de producción de hidrógeno aluminio-agua de mar puede alimentar vehículos sin necesidad de transportar hidrógeno de forma continua, lo que sin duda abre más posibilidades para la aplicación segura del hidrógeno.
El equipo de Hart propuso un plan sistemático: primero transportar partículas de aluminio pretratadas a las estaciones de servicio, y luego, en la estación, mezclarlas con agua de mar para producir hidrógeno bajo demanda. Este método no solo reduce los costos de transporte, sino también los riesgos asociados al transporte de gases volátiles. Un kilogramo de hidrógeno puede impulsar un vehículo entre 60 y 100 kilómetros.
Actualmente, el equipo de Hart está diseñando un pequeño reactor que puede cargar aproximadamente 40 libras (unos 18 kg) de partículas de aluminio, que podría usarse en embarcaciones o vehículos submarinos. Estas partículas están hechas principalmente de latas viejas y otros productos de aluminio reciclados, con la adición de una pequeña cantidad de aleación de galio e indio y cafeína. Al absorber el agua de mar circundante, se produce una reacción que genera hidrógeno, capaz de alimentar un pequeño planeador submarino durante unos 30 días.
Ali Kheirandish declaró: "Esto es muy significativo para aplicaciones marítimas como barcos y vehículos submarinos, porque el agua de mar está disponible en todas partes. Al mismo tiempo, no es necesario transportar tanques de hidrógeno, solo transportar aluminio como 'combustible', y agregar agua de mar para producir el hidrógeno necesario".
Este modo único de suministro de energía "producción bajo demanda" le otorga perspectivas de aplicación más flexibles en el uso del hidrógeno. Para el sector del transporte marítimo, explorar la capacidad de producción de hidrógeno a escala de decenas de miles de toneladas mediante el desarrollo de reactores a nivel industrial puede proporcionar una solución viable de propulsión con cero emisiones para grandes buques oceánicos, ayudando a la profunda descarbonización de la industria marítima. En cuanto al suministro de energía distribuido, el proceso de la tecnología de producción de hidrógeno "aluminio-agua de mar" es relativamente simple, y el tamaño del equipo se puede ajustar con flexibilidad, lo que la hace muy adecuada para construir estaciones de producción de hidrógeno distribuidas en comunidades costeras, islas, puertos, etc., logrando la producción local y el uso inmediato del hidrógeno.
