Con celdas electroquímicas diseñadas
y construidas a nivel experimental en su laboratorio, Pedro
Roquero Tejeda, de la Facultad de Química (FQ) de
la UNAM, genera corriente eléctrica a partir de hidrógeno.
En colaboración con expertos del Instituto
Tecnológico de Melbourne, Australia, pretende a futuro
acoplarlas con nuevos dispositivos de almacenamiento del
gas, para usar ese elemento como combustible limpio.
Descomponer el agua
El hidrógeno es el elemento más abundante
en la naturaleza, pero está combinado con muchos
otros. “Lo que se utiliza como combustible es la molécula
de hidrógeno (H2), que no es
abundante, tenemos que producirla primero”, comentó
el profesor e investigador adscrito al Departamento de Ingeniería
Química.
Este elemento no es una fuente primaria como la
energía nuclear, solar, eólica o la generada
por los combustibles fósiles, sino un vector, como
el calor y la electricidad.
El hidrógeno molecular se puede obtener
a partir del petróleo o con la aplicación
de una corriente eléctrica en el agua y con la descomposición
de ésta. “Que el proceso sea sustentable depende
de la fuente primaria de energía; si es el petróleo,
seguirá atado a contaminación, pero si se
usa eólica o solar, se puede producir el gas sin
contaminar”, indicó.
Celdas electroquímicas
Experto en electroquímica, el universitario
utiliza procesos de electrólisis para obtener hidrógeno
molecular, y descompone la molécula de agua en oxígeno
e hidrógeno.
“No trabajamos en la integración de
todo el sistema, conectamos una fuente y con eso descomponemos
el agua. La corriente eléctrica es el medio más
fácil y sencillo que tenemos para producir hidrógeno”,
destacó.
En colaboración con John Andrews, del Tecnológico
de Melbourne, Roquero desarrolla un proyecto para almacenar
hidrógeno, un elemento que aún no se usa de
forma amplia en el mundo como combustible, porque no existe
una infraestructura para manejarlo, producirlo, guardarlo
y transformarlo.
“Con los australianos realizamos sistemas
novedosos para almacenar ese gas, integrados a celdas electroquímicas
que puedan producir corriente eléctrica en el momento
que se requiera a partir de ese hidrógeno”,
comentó.
La colaboración inició en 2012, con
los australianos centrados en los sistemas de almacenamiento,
y los mexicanos en las celdas electroquímicas que
insertarán junto a ellos. “Un vehículo
que se mueve tiene que llevar su combustible (actualmente
gasolina o diésel), así que las primeras aplicaciones
que veremos de hidrógeno serán en sistemas
móviles que lleven su carga, como autos, computadoras
y teléfonos celulares”, indicó.
Actualmente, el almacenaje de ese elemento se ensaya
con espumas a base de paladio, que son muy pesadas, o con
tanques a presión. Roquero y su grupo experimentan
con nanotubos de carbono y otros materiales a base de ese
elemento, que es ligero.
Un reporte de la Agencia Nacional de Energía,
de Estados Unidos, plantea que un material debe absorber
alrededor del cinco por ciento de hidrógeno para
ser técnica y económicamente viable. “Nos
acercamos a esas cifras”, adelantó.
Tanto los australianos como los mexicanos realizan
trabajo experimental. “Aquí tenemos experiencia
en fabricar ensambles con una membrana, y en poner catalizadores
adheridos a aquélla. Eso les interesó, pues
ellos no lo hacen. A futuro, esta colaboración sería
un sistema completo de almacenamiento integrado a una celda
electroquímica, esa es la parte innovadora”.
Membrana con catalizadores
La celda electroquímica desarrollada por
Roquero y sus colaboradores, está compuesta de una
membrana con catalizadores por ambos lados, semejante a
una pila con un polo positivo y otro negativo. Es un cuadrado
transparente de un material llamado nafión, producido
por la empresa Dupont y cuya cualidad es que conduce iones.
A ambos lados están los catalizadores realizados
por el universitario. “Son de molibdeno con platino,
se ve como un polvo negro porque está soportado en
carbón”, explicó mientras mostraba un
cuadro negro de unos pocos centímetros.
En el sistema se requiere una conducción
interna de iones, las reacciones ocurren dentro del catalizador
negro y los iones que se liberan atraviesan la membrana.
“Esta última la compramos y trabajamos en los
catalizadores. De la eficiencia de este proceso, de hacerlo
a escala nano, pequeño y más eficiente, depende
el éxito y la aplicabilidad que pueda tener”,
añadió.
Por un lado de la membrana se alimenta el hidrógeno
y, por el otro, toma aire del medio ambiente. “La
reacción que ocurre es que el hidrógeno se
oxida, el oxígeno del aire disminuye, produce agua
y corriente eléctrica. En estos procesos el residuo
es agua”, explicó.
Si el hidrógeno se oxida libera iones. Una
molécula del gas libera dos protones y dos electrones.
Estos últimos circulan a través del circuito
eléctrico y hacen mover al motor, mientras que los
protones atraviesan la membrana.
Roquero refirió que en el mundo se ensayan
sistemas de este tipo, entre ellos, chips con su
propia membrana microscópica integrada de poco voltaje.
“En ingeniería química la tendencia
ha sido llevar a cabo una intensificación de los
procesos, es decir, hacer sistemas más pequeños
y controlados. A futuro, podremos tener en media hectárea
una refinería que hoy ocupa 10 ó 20, con la
misma producción, procesos más controlados,
reactores más pequeños, fuentes de energía
miniaturizadas y todo muy dirigido, pues se trata de tener
control de los materiales y las reacciones a escalas moleculares”,
adelantó.
De aplicarse el proyecto, en el futuro un automóvil
que use hidrógeno molecular tendrá un dispositivo
de almacenamiento y un conjunto de celdas de combustible.
Integrante de la Sociedad Mexicana del Hidrógeno,
Roquero abundó que en México no hay apoyo
de instituciones o autoridades que deberían decidir
sobre el impulso a las tecnologías con hidrógeno.
“Creo que el país llegará a
esto en el momento que ya esté terminado en otros
territorios. El uso de hidrógeno no es para mañana,
pues no tendremos una economía del hidrógeno
quizá en los próximos 100 años, pero
en otras naciones se han dado cuenta que hay que caminar
hacia allá. En el futuro, en uno o dos siglos, tendremos
la civilización del hidrógeno”, finalizó.