La urea permite separar el hidrógeno utilizando hasta un 27% menos de energía que cuando el proceso se realiza con agua. Con estas tecnologías se propone una solución concreta para dos problemas urgentes: la energía limpia y el tratamiento de aguas residuales.
Un equipo de la Universidad de Adelaida, en Australia, diseñó dos métodos innovadores que permiten obtener hidrógeno verde a partir de urea, presente tanto en orina como en aguas residuales.
Además de reducir el consumo energético frente a la electrólisis tradicional, las nuevas tecnologías ayudan a resolver un problema ambiental: el exceso de residuos nitrogenados en ambientes acuáticos.
La orina, además de estar disponible en grandes volúmenes, contiene urea y puede reemplazar a la versión sintética. Pero su uso también presenta un desafío: los iones de cloruro que contiene suelen generar cloro, que corroe los electrodos del sistema.
Producir hidrógeno sin emisiones de carbono es uno de los grandes desafíos de la transición energética.
Aunque el método más conocido es la electrólisis del agua, este proceso consume tanta energía que lo vuelve poco competitivo frente a la producción convencional de hidrógeno gris, que se basa en combustibles fósiles y emite grandes cantidades de CO₂.
Pero existe otra opción: usar urea como insumo para la electrólisis. Este compuesto permite separar el hidrógeno con hasta un 27% menos de energía que el agua.
El problema es que los sistemas basados en urea desarrollados hasta ahora generaban pocos volúmenes de hidrógeno y producían subproductos tóxicos, como nitratos y nitritos, que reducen la eficiencia y dañan el entorno.
Un avance científico para la producción de hidrógeno verde
Ahí es donde aparece el avance del equipo australiano, conformado por investigadores del Consejo Australiano de Investigación y el Centro de Excelencia para la Ciencia e Innovación del Carbono (COE-CSI) de la Universidad de Adelaida.
Desarrollaron dos sistemas diferentes que solucionan esas limitaciones y permiten producir hidrógeno verde a costos que, según sus cálculos, son iguales o incluso más bajos que los del hidrógeno gris, altamente dañino para la atmósfera.
La investigación fue publicada en dos revistas científicas: Angewandte Chemie International Edition y Nature Communications.
En el primer artículo, liderado por la doctoranda Xintong Gao junto al profesor Shizhang Qiao y el investigador Yao Zheng, se presenta un sistema sin membranas que funciona con urea pura y un catalizador novedoso basado en cobre.
Aunque efectivo, este método tiene una traba: la urea pura se fabrica con el proceso Haber-Bosch, que demanda mucha energía y emite CO₂. Por eso, el equipo dio un paso más.
«Resolvimos esto utilizando una fuente verde de urea: la orina humana, que es la base del sistema examinado en nuestro segundo artículo«, explicó Zheng.
Orina como insumo energético y ambiental
La orina, además de estar disponible en grandes volúmenes, contiene urea y puede reemplazar a la versión sintética. Pero su uso también presenta un desafío: los iones de cloruro presentes en la orina suelen generar cloro, que corroe los electrodos del sistema.
Para evitar esa corrosión, los investigadores diseñaron un mecanismo de oxidación mediado por cloro que utiliza catalizadores de platino sobre soportes de carbono.
“En este segundo sistema, desarrollamos un novedoso mecanismo de oxidación mediado por cloro que utiliza catalizadores a base de platino sobre soportes de carbono para generar hidrógeno a partir de la orina”, detalló el profesor Qiao.
El platino es caro y su disponibilidad es limitada, pero el equipo ya trabaja en catalizadores de metales no preciosos, también sostenidos en carbono. El objetivo es escalar el desarrollo hacia sistemas de tratamiento de aguas residuales sin membranas que, además de recuperar hidrógeno, sirvan para descontaminar ambientes afectados por residuos nitrogenados.
“Si bien no hemos resuelto todos los problemas, si se amplían estos sistemas, los nuestros producen gas nitrógeno inocuo en lugar de nitratos y nitritos tóxicos, y cualquiera de los dos sistemas utilizará entre un 20 y un 27 por ciento menos de electricidad que los sistemas de división de agua”, señaló Zheng.
Con estas tecnologías, no solo se avanza en la producción sustentable de hidrógeno, sino que también se propone una solución concreta para dos problemas urgentes: la energía limpia y el tratamiento de desechos.
