El hidrógeno se presenta como una alternativa prometedora a los combustibles fósiles, pero los métodos tradicionales para producirlo generan demasiado dióxido de carbono o resultan costosos. Investigadores de la Universidad Rice han encontrado una manera de obtener hidrógeno a partir de residuos plásticos utilizando un método de bajas emisiones que podría ser altamente rentable.
«En este trabajo, convertimos residuos plásticos, incluidos los plásticos mixtos que no necesitan ser clasificados por tipo ni lavados, en hidrógeno de alto rendimiento y grafeno de alto valor», explicó Kevin Wyss, exalumno de doctorado de Rice y autor principal de un estudio publicado en Advanced Materials. «Si el grafeno producido se vende a solo el 5% del valor de mercado actual, el hidrógeno limpio podría producirse de forma gratuita».
Los colores del hidrógeno muestran su grado de contaminación en su producción. En comparación, el hidrógeno «verde», producido utilizando fuentes de energía renovable para dividir el agua en sus dos elementos, cuesta aproximadamente 5 euros por un kilogramos de hidrógeno puro. Aunque es más económico, la mayoría de los casi 100 millones de toneladas de hidrógeno utilizadas a nivel global en 2022 se derivó de los combustibles fósiles. Esto ha generando aproximadamente 12 toneladas de dióxido de carbono por tonelada de hidrógeno producido.
Desplazar el hidrógeno gris
«La forma principal de hidrógeno utilizada hoy en día es el ‘hidrógeno gris’, que se produce mediante la reformación de metano a vapor, un método que genera una gran cantidad de dióxido de carbono», señaló James Tour, profesor de química de Rice. «La demanda de hidrógeno probablemente aumentará considerablemente en las próximas décadas, por lo que no podemos seguir produciéndolo de la misma manera si queremos alcanzar emisiones netas cero para 2050».
Los investigadores expusieron muestras de residuos plásticos a un calentamiento rápido de Joule durante aproximadamente cuatro segundos, elevando su temperatura a 3100 grados Kelvin. El proceso vaporiza el hidrógeno presente en los plásticos, dejando atrás grafeno, un material extremadamente ligero y resistente compuesto por una sola capa de átomos de carbono.
«Cuando descubrimos por primera vez el calentamiento rápido de Joule y lo aplicamos para reciclar residuos plásticos en grafeno, observamos la producción de gases volátiles que salían disparados del reactor», dijo Wyss. «Nos preguntamos de qué se trataban, sospechando una mezcla de hidrocarburos pequeños e hidrógeno, pero no teníamos los instrumentos necesarios para estudiar su composición exacta».
Obtener hidrógeno a partir de residuos plásticos
«Sabemos que el polietileno, por ejemplo, está compuesto por un 86% de carbono y un 14% de hidrógeno, y demostramos que somos capaces de recuperar hasta un 68% de ese hidrógeno atómico como gas con un 94% de pureza», explicó Wyss. «Desarrollar los métodos y la experiencia para caracterizar y cuantificar todos los gases, incluido el hidrógeno, producidos por este método fue un proceso difícil pero gratificante para mí».
«Me complace que las técnicas que aprendí y utilicé en este trabajo, en particular la evaluación del ciclo de vida y la cromatografía de gases, se puedan aplicar a otros proyectos en nuestro grupo. Espero que este trabajo permita la producción de hidrógeno limpio a partir de residuos plásticos, posiblemente resolviendo problemas ambientales importantes como la contaminación plástica y la producción intensiva de gases de efecto invernadero de hidrógeno mediante la reformación de metano a vapor».
