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Científicos han desarrollado una forma de maximizar el rendimiento de
hidrógeno a partir de residuos biológicos, en pocos milisegundos. El
método utiliza la fotopirólisis rápida para producir hidrógeno gaseoso y
carbono sólido conductor a partir de cáscaras de plátano.
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En las últimas décadas, el elevado consumo de energía procedente de combustibles fósiles ha promovido un aumento masivo de las emisiones de gases de efecto invernadero en todo el mundo. Para hacer frente a esta situación, los científicos han buscado fuentes de energía alternativas y renovables.
Uno de los principales candidatos es el hidrógeno producido a partir de residuos orgánicos, o biomasa, de plantas y animales. La biomasa también absorbe, elimina y almacena el CO₂ de la atmósfera, mientras que la descomposición de la biomasa también puede aportarnos formas de emisiones negativas o de eliminación de gases de efecto invernadero.
Ahora, los investigadores de la EPFL han desarrollado una forma de maximizar el rendimiento del hidrógeno a partir de los residuos biológicos en unos pocos milisegundos. El método utiliza la fotopirólisis rápida para convertir polvos de biomasa secos, como la cáscara de plátano, en gases y sólidos valiosos, como el hidrógeno y el biocarbón.
El nuevo método desarrollado por los científicos de la EPFL para la fotopirólisis de la biomasa no sólo produce un valioso gas de síntesis, sino también biocarbón de carbono sólido que puede reutilizarse en otras aplicaciones. El syngas es una mezcla de hidrógeno, metano, monóxido de carbono y otros hidrocarburos, y es lo que se utiliza como "biocombustible" para generar energía, mientras que el biocarbón suele considerarse un residuo de carbono sólido, aunque puede utilizarse en aplicaciones agrícolas.
El método realiza la pirólisis con una lámpara de xenón, utilizada habitualmente para el curado de tintas metálicas para la electrónica impresa. El equipo también ha utilizado el sistema en los últimos años para otros fines, como la síntesis de nanopartículas.
La idea es generar un potente disparo de luz de flash, que la biomasa absorbe y que desencadena instantáneamente una conversión fototérmica de la biomasa en syngas y biochar. Las cáscaras de plátano se secaron inicialmente a 105 °C durante 24 horas y luego se molieron y tamizaron hasta obtener un polvo fino. A continuación, el polvo se colocó en un reactor de acero inoxidable con una ventana de vidrio estándar a presión ambiente y bajo una atmósfera inerte. La lámpara de xenón parpadea y todo el proceso de conversión termina en unos pocos milisegundos.
"Cada kg de biomasa seca puede generar unos 100 litros de hidrógeno y 330 g de biocarbón, lo que supone hasta un 33 % en peso de la masa original de la cáscara de plátano seca", afirma Bhawna Nagar, que trabajó en el estudio. El método también obtuvo un resultado energético positivo calculado de 4,09 MJ por kg de biomasa seca.
Los dos productos finales del método, es decir, el hidrógeno y el biocarbón sólido, son valiosos. El hidrógeno puede utilizarse como combustible ecológico, mientras que el biocarbón de carbono puede enterrarse y utilizarse como fertilizante o puede emplearse para fabricar electrodos conductores.
"La relevancia de nuestro trabajo se ve reforzada por el hecho de que estamos capturando indirectamente el CO₂ almacenado en la atmósfera durante años", dice Nagar. "Hemos convertido eso en productos finales útiles en poco tiempo utilizando una lámpara de xenón".
Fuentes, créditos y referencias:
Wanderson O. Silva, Bhawna Nagar, Mathieu Soutrenon, Hubert H. Girault. Banana split: biomass splitting with flash light irradiation. Chemical Science, 2022; DOI: 10.1039/d1sc06322g