Nanopartículas de aluminio sencillas para la generación rápida y eficaz de hidrógeno a partir del agua
"No necesitamos ningún aporte de energía, y burbujea hidrógeno como un loco. Nunca he visto nada igual"
El aluminio es un metal muy reactivo que puede extraer el oxígeno de las moléculas de agua para generar gas hidrógeno. Su uso generalizado en productos que se mojan no supone ningún peligro porque el aluminio reacciona instantáneamente con el aire para adquirir una capa de óxido de aluminio, que bloquea las reacciones posteriores.
Se generan burbujas de gas hidrógeno a partir de la reacción del agua con un compuesto de aluminio y galio.
Amberchan et al., Applied Nano Materials 2022
Durante años, los investigadores han tratado de encontrar formas eficaces y rentables de utilizar la reactividad del aluminio para generar combustible de hidrógeno limpio. Un nuevo estudio realizado por investigadores de la Universidad de California en Santa Cruz muestra que un compuesto de galio y aluminio de fácil producción crea nanopartículas de aluminio que reaccionan rápidamente con el agua a temperatura ambiente para producir grandes cantidades de hidrógeno. El galio se recupera fácilmente para su reutilización después de la reacción, que produce el 90% del hidrógeno que teóricamente podría producirse a partir de la reacción de todo el aluminio del compuesto.
"No necesitamos ningún aporte de energía, y burbujea hidrógeno como un loco. Nunca he visto nada parecido", afirma el profesor de química de la UCSC Scott Oliver.
Oliver y Bakthan Singaram, profesor de química y bioquímica, son autores correspondientes de un artículo sobre los nuevos hallazgos, publicado el 14 de febrero en Applied Nano Materials.
La reacción del aluminio y el galio con el agua se conoce desde la década de 1970, y es fácil encontrar vídeos de ella en Internet. Funciona porque el galio, un líquido que se encuentra justo por encima de la temperatura ambiente, elimina el revestimiento pasivo de óxido de aluminio, permitiendo el contacto directo del aluminio con el agua. El nuevo estudio, sin embargo, incluye varias innovaciones y hallazgos novedosos que podrían dar lugar a aplicaciones prácticas.
Singaram dijo que el estudio surgió de una conversación que mantuvo con un estudiante, el coautor Isaí López, que había visto algunos vídeos y empezó a experimentar con la generación de hidrógeno con aluminio y galio en la cocina de su casa.
"No lo estaba haciendo de forma científica, así que le puse en contacto con un estudiante de posgrado para hacer un estudio sistemático. Pensé que sería un buen trabajo de fin de carrera para él medir la producción de hidrógeno a partir de diferentes proporciones de galio y aluminio", explica Singaram.
Los estudios anteriores habían utilizado sobre todo mezclas de aluminio y galio ricas en aluminio, o en algunos casos aleaciones más complejas. Pero el laboratorio de Singaram descubrió que la producción de hidrógeno aumentaba con un compuesto rico en galio. De hecho, la tasa de producción de hidrógeno era tan inesperadamente alta que los investigadores pensaron que debía haber algo fundamentalmente diferente en esta aleación rica en galio.
Oliver sugirió que la formación de nanopartículas de aluminio podría explicar el aumento de la producción de hidrógeno, y su laboratorio disponía del equipo necesario para la caracterización a nanoescala de la aleación. Utilizando la microscopía electrónica de barrido y la difracción de rayos X, los investigadores demostraron la formación de nanopartículas de aluminio en un compuesto de galio-aluminio de 3:1, lo que consideraron la proporción óptima para la producción de hidrógeno.
En este compuesto rico en galio, éste sirve tanto para disolver la capa de óxido de aluminio como para separar el aluminio en nanopartículas. "El galio separa las nanopartículas y evita que se agrupen en partículas más grandes", explica Singaram. "La gente se ha esforzado en fabricar nanopartículas de aluminio, y aquí las estamos produciendo en condiciones normales de presión atmosférica y temperatura ambiente".
La fabricación del compuesto no requirió más que una simple mezcla manual.
"Nuestro método utiliza una pequeña cantidad de aluminio, lo que garantiza que todo se disuelva en el galio mayoritario en forma de nanopartículas discretas", dijo Oliver. "Esto genera una cantidad mucho mayor de hidrógeno, casi completa en comparación con el valor teórico basado en la cantidad de aluminio. También facilita la recuperación del galio para su reutilización".
El compuesto puede fabricarse con fuentes de aluminio fácilmente disponibles, como papel de aluminio o latas usadas, y el compuesto puede almacenarse durante largos periodos cubriéndolo con ciclohexano para protegerlo de la humedad.
Aunque el galio no abunda y es relativamente caro, puede recuperarse y reutilizarse varias veces sin perder su eficacia, afirma Singaram. Queda por ver, sin embargo, si este proceso puede ampliarse hasta ser práctico para la producción comercial de hidrógeno.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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