Energía y medio ambiente

El equipo del Imperial College produce hidrógeno a partir de algas

El equipo del Imperial College produce hidrógeno a partir de algas

[Fuente de imagen:Roland Tanglao, Flickr]

El hidrógeno es un combustible muy limpio que se utiliza cada vez más como combustible para vehículos y para generar electricidad. El problema es cómo producirlo de manera eficiente sin generar emisiones de carbono significativas y a un costo competitivo. Un equipo de investigadores del Imperial College está analizando el problema y cree saber cómo hacerlo.

Vehículos de pila de combustible

Los vehículos pueden equiparse con una pila de combustible de hidrógeno que convierte la energía química del hidrógeno en energía mecánica. Las pilas de combustible hacen esto a través de una reacción química entre el hidrógeno y el oxígeno, que a su vez hace funcionar un motor eléctrico. Este método de propulsión de vehículos es ahora una parte importante de la economía europea del hidrógeno.

En septiembre de 2009, un grupo europeo de empresas, organizaciones gubernamentales y una organización no gubernamental (ONG) llevó a cabo un estudio sobre vehículos de pasajeros con el objetivo de desarrollar trenes de potencia alternativos, es decir, aquellos que no funcionan de forma convencional con combustibles fósiles. Algunas de estas empresas tienen un interés específico en el desarrollo de vehículos eléctricos de pila de combustible (FCEV) e hidrógeno, junto con un interés en otras tecnologías de vehículos renovables, como los vehículos eléctricos de batería (BEV), híbridos enchufables (PHEV), como alternativa a sus vehículos de combustibles fósiles fabricados convencionalmente impulsados ​​por un motor de combustión interna (ICE). La principal ventaja de este tipo de vehículos es que, con el tiempo, podrían desarrollarse potencialmente como vehículos completamente libres de emisiones. Por esta razón, el desarrollo de dichos vehículos forma una parte importante de los esfuerzos de descarbonización que están llevando a cabo actualmente países de todo el mundo.

Los avances tecnológicos en pilas de combustible y sistemas eléctricos han aumentado significativamente la eficiencia y la competitividad de costos de los vehículos eléctricos y los vehículos de pila de combustible en los últimos años, de modo que ahora están listos para la comercialización y producción en masa para aprovechar las economías de escala. La UE también ha establecido ahora objetivos realistas para la descarbonización del sector del transporte para 2050. Los vehículos de pila de combustible de hidrógeno forman una parte importante de esos objetivos.

Se espera que el costo de los sistemas de celdas de combustible disminuya en un 70 por ciento para 2025, en gran parte debido a una mayor utilización de la infraestructura de reabastecimiento de combustible y las economías de escala. La infraestructura de reabastecimiento de combustible representa aproximadamente el 5 por ciento del costo total de los FCEV, o entre 1000 euros y 2000 euros (£ 703- £ 1407) por automóvil. Por lo tanto, el valor de los FCEV se vuelve cada vez más positivo después de 2030, tanto en términos de costo total de propiedad (TCO) como de emisiones. En consecuencia, los FCEV ya están comenzando a aparecer en el mercado de vehículos europeo.

Cómo producir hidrógeno

El hidrógeno no se produce de forma natural, aunque es un portador de energía. La gran mayoría de las existencias existentes están hechas de metano. La producción a partir de fuentes de energía renovables es viable pero cara. Además, cuando se produce a partir de gas natural, el hidrógeno tiene una alta intensidad de emisión.

En un intento por abordar estos problemas, los investigadores del Imperial College de Londres, Reino Unido, están empezando a considerar las algas como un medio para producir hidrógeno con la ayuda del sol. Las algas son uno de los organismos más antiguos del planeta y han estado presentes en la Tierra durante miles de millones de años. Las algas convierten la luz solar en energía de manera extremadamente eficiente, produciendo hidrógeno como parte del proceso.

"No creo que pudiéramos haber pedido un mejor punto de partida", dijo Pongsathorn Dechatiwongse, estudiante de doctorado en el Imperial College. "La naturaleza nos ha proporcionado un plan asombroso y si podemos aprovechar el proceso, obtendremos energía limpia y renovable".

Pongsathorn está estudiando en el grupo de Ingeniería de reacción y tecnología catalítica del Imperial College, que es un equipo multidisciplinario de científicos que estudian química, ingeniería química y ciencia de los materiales. El objetivo del grupo es concebir, diseñar, construir, modelar, caracterizar, controlar y optimizar catalizadores, reactores y procesos de síntesis química y de combustibles, conversión de energía y tratamiento de efluentes, residuos y catalizadores gastados. Utiliza el modelado computacional como una parte importante de sus estudios experimentales avanzados. El propio Pongsathorn está estudiando el diseño y la construcción de máquinas que utilicen algas como parte de un biorreactor que produce hidrógeno. Sin embargo, el problema es cómo hacerlo a escala industrial y, por esta razón, está particularmente interesado tanto en los mecanismos subyacentes de este proceso como en las condiciones necesarias para que las algas funcionen de forma eficaz.

"Es como un flujo de trabajo y necesitamos conocer cada paso y qué podría acelerarlo o ralentizarlo", agregó Pongsathorn. "No creerías la diferencia que pueden hacer los cambios sutiles en la forma de un recipiente".

Desafortunadamente, las condiciones ideales para producir hidrógeno son tóxicas para las algas, lo que significa que la mayoría de los sistemas tienen una vida útil limitada. La solución a esto sería seguir introduciendo algas en el sistema, pero eso requiere una intervención manual continua.

¿O lo hace?

Pongsathorn ha estado investigando un sistema con dos biorreactores, uno de los cuales es adecuado para el crecimiento de algas y el otro adecuado para la producción de hidrógeno. El truco consiste entonces en asegurarse de que el segundo sistema se alimenta con algas al mismo ritmo al que mueren las algas. Al lograr esto, el equipo del Imperial College ha logrado mantener una tasa confiable de producción continua de hidrógeno, pero es un acto de equilibrio bastante delicado. Hasta ahora, el equipo ha logrado mantener la producción de hidrógeno durante 31 días consecutivos, produciendo seis veces más hidrógeno que un reactor de una sola cámara.

El equipo ahora tiene la intención de escalar el proceso de su actual etapa de laboratorio a un sistema al aire libre. En la actualidad, están intentando desarrollar un biorreactor de bolsas de plástico que podría colocarse en algunos de los tejados del campus del Imperial College en South Kensington. También han publicado los resultados de su investigación, hasta ahora, en la revista Algal Research.

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