El 'tren de reactores' que cambiará el futuro de la energía: así se genera hidrógeno muy barato

Ingenieros del MIT se han propuesto acabar con los principales inconvenientes que presenta la producción de hidrógeno verde a día de hoy. Con ese objetivo en mente, ha nacido este invento, un mecanismo parecido a un tren, cuyo circuito cerrado aprovecha el 40% del calor para generar hidrógeno ecológico en un proceso libre de contaminación de principio a fin, según detallan en este artículo.

"Esto podría cambiar drásticamente nuestro futuro energético, es decir, permitir la producción de hidrógeno las 24 horas del día, los 7 días de la semana", ha dicho Christopher Muhich, profesor asistente de ingeniería química en la Universidad Estatal de Arizona, participante en la investigación. El equipo ha realizado pruebas por simulación con buenos resultados y se dispone ahora a construir un prototipo en los laboratorios del Departamento de Energía.

Sistema STCH de producción de hidrógeno MIT Omicrono

"Cuando esté completamente implementado, este sistema se alojará en un pequeño edificio en medio de un campo solar", explica Aniket Patankar, primera autora y postdoctorada del MIT. "Dentro del edificio podría haber uno o más trenes, cada uno con unos 50 reactores. Y creemos que podría ser un sistema modular, en el que se pueden agregar reactores a una cinta transportadora para aumentar la producción de hidrógeno".

Creando hidrógeno verde

El hidrógeno es el elemento químico más abundante del planeta, siendo el 75% de la materia en este mundo. Se encuentra en el agua, el carbono y otros muchos elementos y materiales. Es ligero, se puede almacenar y no genera emisiones contaminantes por sí mismo. Por estas cualidades, es considerado como el combustible limpio perfecto para impulsar en el futuro camiones, barcos y aviones, por ejemplo. 

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Sin embargo, dependiendo del proceso elegido para producirlo se puede considerar hidrógeno verde o gris. En gran medida su producción involucra gas natural y otros combustibles fósiles, contaminando el planeta. Por el contrario, en los últimos años se está innovando en métodos más limpios que extraen el hidrógeno a partir de agua, el llamado hidrógeno verde. 

A través de la electrólisis, diferentes inventos a lo largo del mundo están utilizando paneles solares y aerogeneradores para aportar la energía que necesita este sistema para separar las moléculas de oxígeno de las de hidrógeno que forman el CO2. Incluso, una serie de proyectos persiguen aprovechar el agua allí donde no es abundante para obtener esta energía, recurriendo a la humedad para producir oxígeno e hidrógeno verde.

Partiendo de esta base, los investigadores del MIT han diseñado un nuevo circuito de reactores termosolares que supera en eficacia a los procesos más populares. "Sólo alrededor del 7% de la luz solar entrante se utiliza para producir hidrógeno", denuncia este equipo. Su propuesta consigue aprovechar el 40% del calor solar y reducir el costo de producción.

Proceso por oxidación circular

Este sistema usa energía termosolar de concentración (CSP) que consiste en concentrar la luz y calor solar en un punto con la ayuda de cientos de espejos que recogen y reflejan esa luz hacia una torre receptora central. Esta técnica también se utiliza para calentar las casas y para producir electricidad solar en pleno desierto.

El calor concentrado se redirige para dividir las moléculas del agua en una reacción termoquímica diferente de la electrólisis que utiliza electricidad. El proceso consta de dos pasos y comienza con la evaporación del agua al calentarla. El vapor, en segundo lugar, se expone a un metal que captura el oxígeno separándolo del hidrógeno. Esto se consigue con la oxidación acelerada del metal. 

Representación de hidrógeno iStock Omicrono

Así se obtiene este valioso combustible limpio, pero el trabajo no acaba aquí. Es necesario regenerar el metal para volver a utilizarlo de nuevo en este bucle casi infinito donde no se quiere desperdiciar ni el calor ni los materiales. Recalentando al vacío el metal oxidado se puede revertir el proceso de oxidación, para después enfriar el metal, momento en el que está listo para a iniciar toda la secuencia de nuevo hasta en cientos de veces.

El circuito se cierra así formando una cadena de reactores, los cuales guardan cada uno el metal y pasan por una estación caliente a 1.500 grados centígrados y por una segunda estación fría. 

Reaprovechar el calor

Queda un último objetivo por cumplir, no desperdiciar el calor con el que se ha evaporado el agua y poder seguir reutilizándolo en el sistema. Para ello, el MIT intercambia el calor entre los reactores en lados opuestos de la pista circular mediante radiación térmica. Los reactores calientes se enfrían con la ayuda de los reactores fríos y viceversa. Esto mantiene el calor dentro del sistema.

Tanques de hidrógeno

A parte, el equipo de investigadores agregó a la ecuación un segundo conjunto de reactores, como un segundo tren que rodea al primero y se mueve en la dirección opuesta. Este tren exterior de reactores funciona a temperaturas más frías y su función es evacuar el oxígeno del tren interior más caliente, sin necesidad de bombas mecánicas que consuman energía.

Estos reactores exteriores integran un segundo tipo de metal que también puede oxidarse fácilmente. A medida que giran, estos actores secundarios sirven de ayudantes de los primeros absorbiendo el oxígeno que ha oxidado a los metales del tren interior. Los segundos se oxidan para liberar del óxido a los primeros. Una ingeniosa cadena de engranajes que evita tener que usar bombas de vacío que consumen mucha energía. Ambos trenes de reactores funcionarían continuamente y generarían corrientes separadas de hidrógeno y oxígeno puros.

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Los investigadores llevaron a cabo simulaciones detalladas del diseño conceptual. El resultado es prometedor al revelar que aumentaría significativamente la eficiencia de la producción de hidrógeno termoquímico solar, del 7%, como han demostrado diseños anteriores, al 40%. Ahora es el turno del prototipo, que el próximo año terminará de confirmar si esta promesa es realmente el cambio que necesita la producción de hidrógeno verde.

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