Los ingenieros del MIT han desarrollado un método rápido y sostenible para producir combustible de hidrógeno utilizando aluminio, agua salada y cafeína. Una técnica que se suma a proyectos recientes para reciclar residuos al mismo tiempo que se navega con la producción de energía limpia en pleno mar. Estas técnicas también se quieren adaptar a la producción de luz barata para las casas o al transporte limpio en tierra.

Frente a la popularidad de las energías solar y eólica, la creación de hidrógeno verde es otra de las grandes apuestas para reducir el consumo de combustibles fósiles contaminantes. El hidrógeno está llamado a ser el impulsor del transporte del futuro con aviones, trenes y demás vehículos eléctricos. Por ejemplo, en España se han emprendido importantes ayudas económicas desde el Ministerio para la Transición Ecológica y el Reto Demográfico para innovar en grandes electrolizadores que convierten el agua en hidrógeno. No obstante, esta energía aún requiere de innovación para ser más barata y eficiente.

Varias cápsulas de café sobre una mesa Pixabay

Los investigadores del MIT trabajan en un reactor que pueda proporcionar hidrógeno a demanda para los barcos, reciclando y usando el agua de mar. En el futuro esperan poder adaptar su tecnología a otros vehículos como aviones o camiones, grandes contaminantes en el sector del transporte.

Hidrógeno barato en barcos

El hidrógeno es el elemento químico más abundante del planeta, hasta el 75% de toda la materia de la Tierra. De todos los procesos que permiten extraer hidrógeno, el que lo produce a partir del agua se considera el más limpio y por ello se denomina hidrógeno verde. 

El problema es que esta tecnología requiere del uso de metales nobles como el platino, el rutenio y el iridio, los cuales son caros y difíciles de obtener, encareciendo el proceso de generación de hidrógeno y frenando su expansión como nuevo combustible sin contaminantes.

Otra desventaja de alimentar vehículos con hidrógeno es que algunos diseños requerirían que el gas se transportara a bordo como la gasolina tradicional en un tanque, una configuración arriesgada dado el potencial volátil del hidrógeno. De ahí la necesidad de diseñar procesos con materiales baratos y abundantes, e integrarlos en los vehículos para producir combustible sobre la marcha.

El estudio se ha publicado en la revista Cell Reports Physical Science. En él, los investigadores demuestran que pueden producir hidrógeno al dejar caer bolitas de aluminio pretratadas del tamaño de guijarros en un vaso de precipitados con agua de mar filtrada. El aluminio se trata previamente con una aleación de metales raros que lo depura eficazmente hasta convertirlo en una forma pura que puede reaccionar con el agua de mar para generar hidrógeno. Mientras, los iones de sal del agua marina pueden, a su vez, atraer y recuperar la aleación, para que pueda reutilizarse y generar más hidrógeno en un ciclo sostenible.

No intenten replicarlo en casa. La reacción se produce solo si el aluminio se encuentra en "estado puro y expuesto", explican. En el momento en que el aluminio entra en contacto con el oxígeno, la superficie forma inmediatamente una fina capa de óxido que impide que se produzcan más reacciones. Esta condición especial es la causa de que el hidrógeno no burbujee inmediatamente cuando se sumerge una lata de refresco en agua.

Producir hidrógeno con agua de mar y latas recicladas MIT Omicrono

Esta sencilla reacción es lenta, pero puede acelerarse añadiendo un estimulante común: la cafeína presente en los posos de café. El equipo descubrió que con una baja concentración de imidazol, un ingrediente activo de la cafeína, se puede acelerar significativamente la reacción. Con este truco se produce la misma cantidad de hidrógeno en solo cinco minutos que lo que supondría dos horas de trabajo sin el estimulante.

Los investigadores están aplicando lo aprendido en el diseño de un pequeño reactor que podría utilizarse en un buque o submarino. Como combustible, el barco usaría pellets de aluminio (latas recicladas) junto con una pequeña cantidad de galio-indio y cafeína. En pleno mar, se usaría el agua que rodea al buque para la mezcla y para producir el hidrógeno a demanda con el que hacer funcionar el vehículo.

Fuera del mar

En el caso de los vehículos de tierra, necesitarían llevar un depósito de agua salada. El equipo de investigadores también puso a prueba la posibilidad de utilizar agua dulce, pero resultó un proceso más costoso para obtener el mismo resultado. 

Así, comprobaron cómo era posible perforar el escudo del aluminio y mantener la reacción con el agua al tratar previamente el aluminio con una pequeña cantidad de una aleación de un metal raro a partir de una concentración específica de galio indio. Sin embargo, hay que recordar que estos elementos son muy caros y escasos. "Para que esta idea fuera rentable y sostenible, tuvimos que trabajar en la recuperación de esta aleación después de la reacción", dice Aly Kombargi, estudiante de doctorado en el Departamento de Ingeniería Mecánica del MIT.

Producir hidrógeno con aluminio reciclado y agua de mar MIT Omicrono

Así es como llegaron a los posos del café y el agua de mar. Probando a recuperar y reutilizar el galio indio utilizando una solución de iones, se plantearon usar el agua de mar, al ser una solución iónica muy barata y disponible. Pero el proceso era más lento que con agua dulce. "Estábamos jugando con cosas en la cocina y descubrimos que cuando añadíamos posos de café al agua de mar y le echábamos bolitas de aluminio, la reacción era bastante rápida en comparación con el agua de mar sola", dice Kombargi.

Una vez completado el experimento y publicado el estudio inicial, planean probarlo primero en vehículos marinos y submarinos. Han calculado que un reactor de este tipo, con una capacidad de unos 18 kilos de pellets de aluminio, podría alimentar un pequeño planeador submarino durante unos 30 días bombeando agua de mar circundante y generando hidrógeno para alimentar un motor.

"El siguiente paso es descubrir cómo utilizarlo en camiones, trenes y tal vez aviones", explica el propio Kombargi. Para este caso, en vez de utilizar tanques de agua salada, proponen extraer agua de la humedad ambiental para producir hidrógeno.