Científicos obtienen hidrógeno a partir de agua con aluminio

Investigadores de la Universidad de California Santa Cruz (UCSC, Estados Unidos) acaban de mostrar un nuevo método para generar hidrógeno que podría ser de utilidad para la industria del automóvil y otras donde el uso de este elemento químico tenga el mismo potencial.

Concretamente, estos científicos han desvelado cómo un compuesto de galio y aluminio que se produce fácilmente crea nanopartículas de aluminio que reaccionan rápidamente con el agua a temperatura ambiente para producir grandes cantidades de hidrógeno, sin la necesidad de contar con ninguna entrada de energía.

En un artículo que publicó en la web de la Universidad, Scott Oliver, profesor de Química de la UCSC, escribió: “Nunca había visto algo así. No necesitamos ninguna entrada de energía, y burbujea hidrógeno como loco”. Scott comparte con Bakthan Singaram, profesor de Química y Bioquímica, la dirección de este trabajo, publicado en el número de febrero de la revista Applied Nano Materials y del que se hacen eco energias-renovables.com y la Asociación de Profesionales de Automoción (Asepa).

El aluminio es un metal altamente reactivo que puede extraer el oxígeno de las moléculas de agua para generar gas hidrógeno. Su uso generalizado en productos que se mojan no representa ningún peligro porque el aluminio reacciona instantáneamente con el aire para adquirir una capa de óxido de aluminio, que bloquea reacciones posteriores.

La reacción del aluminio y el galio con el agua se conoce desde la década de 1970. Funciona porque el galio, que permanece líquido a un rango de temperatura muy amplio, elimina la capa pasiva de óxido de aluminio, lo que permite el contacto directo del aluminio con el agua. El nuevo estudio, sin embargo, incluye varias innovaciones y hallazgos que podrían conducir a diversas aplicaciones prácticas.

Singaram ha explicado que el estudio surgió a raíz de una conversación que mantuvo con un estudiante, Isai López, coautor del trabajo, que tras ver algunos videos sobre la interacción del aluminio y el galio, comenzó a experimentar directamente en la cocina de su casa con la generación de hidrógeno utilizando estos dos metales. Convencido del interés de esta investigación, Singaram puso a López a experimentar de manera científica bajo la dirección de un estudiante de posgrado. “Pensé que sería una buena tesis para él medir la producción de hidrógeno a partir de diferentes proporciones de galio y aluminio”, indica.

En trabajos anteriores se habían utilizado, principalmente, mezclas de aluminio y galio ricas en aluminio o, en algunos casos, aleaciones más complejas. La principal aportación de Singaram y su equipo es haber hallado que la producción de hidrógeno aumenta con un compuesto rico en galio. De hecho, la tasa de producción de hidrógeno fue tan inesperadamente alta que los investigadores pensaron que debía haber algo fundamentalmente diferente en esta aleación rica en galio.

A partir de aluminio como el de las latas usadas

Oliver sugirió que la formación de nanopartículas de aluminio podría explicar el aumento de la producción de hidrógeno, y su laboratorio tenía el equipo necesario para la caracterización a nanoescala de la aleación. Usando microscopía electrónica de barrido y difracción de rayos X, los investigadores mostraron la formación de nanopartículas de aluminio en un compuesto de galioaluminio 3:1, que encontraron que era la proporción óptima para la producción de hidrógeno.

En este compuesto rico en galio, este último sirve tanto para disolver el revestimiento de óxido de aluminio como para separar el aluminio en nanopartículas. “El galio separa las nanopartículas y evita que se agreguen en partículas más grandes”, señala Singaram. “La gente ha luchado para hacer nanopartículas de aluminio, y aquí las estamos produciendo a presión atmosférica y temperatura ambiente”.

Hacer el compuesto no requiere nada más que una simple mezcla manual. “Nuestro método utiliza una pequeña cantidad de aluminio, lo que garantiza que todo se disuelva en la mayoría de galio como nanopartículas discretas”, afirma el investigador. “Esto genera una cantidad de hidrógeno mucho mayor, casi completa en comparación con el valor teórico basado en la cantidad de aluminio. También facilita la recuperación de galio para su reutilización”.

El material compuesto se puede fabricar, además, a partir de aluminio fácilmente disponible, incluido el de láminas o el de latas usadas, y luego se puede almacenar durante periodos prolongados, cubriéndolo con ciclohexano para protegerlo de la humedad.

En cuanto al galio, aunque no abunda en la naturaleza y es relativamente caro, se puede recuperar y reutilizar varias veces sin perder eficacia, explica Singaram. Eso sí, ahora queda por ver si este proceso se puede ampliar para que sea práctico para la producción de hidrógeno a escala comercial.