El hidrógeno es un vector energético llamado a ser uno de los combustibles del futuro. Es un elemento químico incoloro, inoloro e insípido que constituye 75% de la materia visible del Cosmos y es el propulsor de los procesos de fusión nuclear de las estrellas. Esto demuestra su potencial energético.
De hecho, la Administración Nacional de Aeronáutica y el Espacio (NASA) de Estados Unidos lo utiliza para la propulsión de las naves espaciales desde hace muchísimos años.
Igualmente se encuentra en casi toda la materia y sobre todo en el agua (H2O) pero en la Tierra no se ubica en estado puro, ya que es tan ligero que tiende a subir a las capas más altas de la atmósfera y escapar al espacio. Esta última condición hace que este elemento no se haya aún convertido en una alternativa a la energía fósil, porque no lo hallamos en la Tierra de forma natural en estado gaseoso, sino anclado en otros materiales.
Y aunque ya es una de las grandes promesas para paliar la crisis energética y ayudarnos a reducir las emisiones de Gases de Efecto Invernadero (GEI) porque con él se podrán propulsar los aviones, los trenes o los coches del futuro, lo cierto es que no todas las maneras de extraerlo son igual de limpias y económicas.
Ahora bien, lo que realmente lo convierte en la mejor opción para la descarbonización son los nuevos procesos de obtención para convertirlo en un combustible libre de emisiones contaminantes. En ello están enfrascadas la ciencia y la tecnología, que buscan una forma de producción de nitrógeno libre del uso de hidrocarburos; es decir, sin dejar huella de dióxido de carbono.
Cabe destacar que en ese proceso de búsqueda hay esfuerzos notables en México. Por ejemplo, la doctora en Ciencias e Ingeniería de Materiales, Karen Valencia García, y un grupo de colegas, bajo la asesoría de Sandra Elizabeth Rodil Posada, realizan estudios en torno de la generación “amigable” de hidrógeno.
Los universitarios son integrantes del laboratorio 6 del Instituto de Investigaciones en Materiales (IIM) de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM).
Valencia ha emprendido una ambiciosa investigación: Preparación de la heterounión CdS/g-C3N4 in situ y evaluación de sus propiedades fotocalíticas en el visible, la cual fue reconocida en la Máxima Casa de Estudios como la mejor tesis doctoral de 2023 en el área de Ciencias e Ingeniería de Materiales.
Contactada por Vértigo esta joven científica repasa en entrevista los pasos que dio para lograr un método verde para la producción de hidrógeno y convertirlo en una alternativa a los combustibles fósiles, que contribuyen al cambio climático y afectan la salud de la población.
Durante cuatro años Valencia y sus compañeros investigadores trabajaron en el diseño de materiales que pudieran activarse con la energía solar, la absorbieran, la pasaran a las moléculas ricas en hidrógeno —en este caso el agua, que tiene dos moléculas de hidrógeno y una de oxígeno (H2O)— y la separaran.
Los dos materiales con los que trabajó la universitaria fueron nitruro de carbono y sulfuro de cadmio, a los cuales hizo modificaciones hasta que “uno de ellos absorbió un amplio espectro de la energía solar” y el otro lo llevó a la escala nanométrica para que ambos lograran separar las moléculas de agua en hidrógeno y oxígeno.
Valencia, quien trabaja los materiales o moléculas a nivel nanométrico, recuerda que aun cuando el proceso no fue sencillo y hubo varias pruebas que no tuvieron el resultado esperado, “ver que estos dos elementos estaban haciendo sinergia y estábamos produciendo hidrógeno, ¡fue algo increíble!, casi pegamos un brinco en el laboratorio”.
Esta investigación es relevante porque el hallazgo hace posible la producción de hidrógeno de forma sustentable y a la cantidad que se requiere para que sea viable económica y ecológicamente como lo demanda la población.
“Lograr que se produzca más hidrógeno nos acerca un paso más a la independencia de los hidrocarburos”, estima la joven innovadora.
Fotocatálisis
Hasta ahora el hidrógeno verde se produce a partir de fuentes de energías limpias renovables. Normalmente se extrae del agua empleando electricidad generada por fuentes renovables como la eólica, la fotovoltaica o la biomasa. El proceso de obtención se denomina electrólisis, utilizando la corriente eléctrica para separar el hidrógeno del oxígeno. La gran ventaja de este procedimiento es que para producir hidrógeno verde se utiliza energía limpia renovable que no genera ningún tipo de emisiones perjudiciales para el ambiente, solo se libera vapor de agua, condición que lo convierte en una energía limpia y promisoria para el futuro.
El método de obtención de hidrógeno logrado por la joven investigadora es a partir de la fotocatálisis y con el tratamiento a nivel atómico de sustancias como la orina o los alcoholes. Cuando se habla de fotocatálisis se hace referencia a una reacción catalítica que involucra la absorción de luz por parte de un catalizador o sustrato. En la química, la fotocatálisis es la aceleración de una fotorreacción en presencia de un catalizador.
Curiosa, la estudiosa ahora se enfoca en alcanzar la posibilidad de utilizar agua sucia o contaminantes para generar hidrógeno y al mismo tiempo degradar los desechos.
Tras considerar que el hidrógeno es la mejor fuente de energía del futuro, porque al momento de su combustión solo genera vapor de agua, anticipa que ya trabaja con un elemento químico que permitirá por medio de la fotocatálisis una producción masiva de hidrógeno verde.
Sobre la razón que la llevó a emprender esta búsqueda sostiene: “Llegué a este tema, y sigo trabajando en él, porque soy amante de la naturaleza y me preocupan las transformaciones que genera el cambio climático. Esto fue mi principal motor en estos cuatro años: sé que puedo aportar un poco a solucionar este problema”.
Hallazgos como el de Valencia García acercan la posibilidad de lograr que un país como México se pudiera convertir en un importante productor de hidrógeno e incluso una nación que contribuyera en un periodo de tiempo no muy lejano a que los precios de la producción de esta energía limpia se equiparen a los de combustibles fósiles y su uso por fin se masifique.
Hidrógeno verde con agua de mar
Otro esfuerzo igual de importante es el que protagoniza el profesor Mingxin Huang, de la Universidad de Hong Kong, un experto en Ingeniería Mecánica y quien se especializa en los usos del acero inoxidable y sus aleaciones.
Este inventor ha conseguido algo inédito: crear una herramienta sostenible para recolectar hidrógeno verde; es decir, aquel que se consigue mediante electrólisis a través del agua de mar y en el que no participan energías contaminantes para el transporte ni la producción de la misma.
El invento de Mingxin se denomina SS-H2, un electrolizador de acero inoxidable capaz de resistir la acidez del proceso de electrólisis para no deteriorarse rápidamente y lograr un rendimiento sorprendente. Este invento podría ser la clave para dominar todo lo relacionado con la producción de hidrógeno verde.