El cactus milagroso que enseña a producir hidrógeno verde

El nopal o chumbera, que es capaz de crecer en zonas áridas y agrestes sin apenas agua, se puede considerar uno de los cactus más versátiles del mundo. Tanto sus frutos comestibles –los higos chumbos– como sus tallos, consumidos en la gastronomía mexicana en ensaladas de nopal o con jalapeños, pasando por su uso para acoger la cría de chinchillas, evitar la erosión del terreno o producir biocombustible así lo confirman. Lo que no se sabía hasta la fecha es que iba a inspirar una nueva técnica para una producción del hidrógeno verde más eficiente. Para ello, un grupo de científicos de la Universidad de Texas ha recurrido a la biomimética, es decir al desarrollo de soluciones tecnológicas basadas en la naturaleza.   

Un cactus para la producción de hidrógeno verde

La producción de hidrógeno verde, una de las energías renovables más prometedoras para su uso en la movilidad sostenible en proyectos como este, se basa en la electrólisis. Es decir, en la aplicación de una corriente eléctrica a través de electrodos sumergidos en agua de tal forma que las moléculas de oxígeno e hidrógeno se separen. Por último, para que se considere verde, es preciso que la electricidad utilizada en el proceso tenga también un origen renovable. Por regla general, este proceso es algo menos eficiente que otras soluciones como la energía fotovoltaica o la eólica y requiere catalizadores como el platino o el iridio.

Ahora mismo las investigaciones van encaminadas a mejorar su eficiencia para que pueda competir a medio plazo con las demás energías renovables en igualdad de condiciones. Una de ellas es la propuesta de la Universidad de Texas, que ha desarrollado un material de bajo coste basado en el níquel. Y la clave se encuentra en el nopal. El equipo llevaba tiempo investigando el uso de níquel en la electrólisis, ya que es un material mil veces más barato que el platino. Sin embargo, también es mucho menos eficiente.  ¿Cómo incrementar su eficiencia a la hora de producir hidrógeno verde sin encarecer el coste del proceso?

El momento eureka suele producirse después de contemplar algo de forma repetida hasta que un día se observa con nuevos ojos. Algo así le pasó a uno de los investigadores del proyecto que, de camino al laboratorio, veía unos nopales a diario. Este cactus tiene algunos de los tallos y bayas con mayor superficie de su género, lo que le permite atrapar el agua atmosférica con una gran eficiencia. Quizá, si se desarrollaba un catalizador con una forma similar a lo de los tallos planos del nopal, se podría multiplicar la producción de hidrógeno verde.

El equipo se puso manos a la obra y pronto tuvo un primer modelo de nanoestructura 3D con la forma de los tallos de nopal y recurriendo al níquel como materia prima. Y parece que no iban desencaminados: los científicos han confirmado que la estrategia ha obtenido resultados positivos y esperan desarrollar un sistema viable comercialmente a medio plazo.

Los impulsores del proyecto afirman que el hidrógeno verde tiene la capacidad de transformar las tecnologías energéticas sin generar gases de efecto invernadero y con una huella de carbono cero. En ese sentido, una de las industrias con mayor potencial para beneficiarse de este tipo de energía es la aviación.   

Nopales como centrales de energía renovable

Ya hemos mencionado algunas de las aplicaciones gastronómicas o ecológicas del nopal, pero este cactus ha abierto posibilidades inéditas para la producción de energía verde de una manera mucho más directa que los catalizadores para la producción de hidrógeno verde. En este caso, se trata de utilizar el cactus vivo como un generador de electricidad.

Toda planta genera una débil corriente eléctrica en sus procesos metabólicos, pero la gran superficie de los tallos del nopal lo convierten en un candidato idóneo para este enfoque. Un reciente estudio ha demostrado la configuración óptima para obtener electricidad con electrodos de cobre y zinc insertados en los tallos del nopal.

Los resultados del experimento indican que se puede obtener hasta 58,8 mW por medio de dieciocho pares de electrodos insertados en seis tallos del cactus, optimizados con conexiones en serie y en paralelo. Esta corriente basta para encender una luz LED, alimentar una calculadora o mantener operativos sensores IoT básicos.

Si, además de la producción de hidrógeno verde o el uso de nopales como centrales eléctricas, quieres saber más sobre la electricidad de las pequeñas cosas, te recomendamos la lectura de este artículo en el que se explora los TENG, es decir, nanogeneradores triboelétricos que generan energía por medio de vibraciones. Y, por supuesto, que te suscribas a nuestra newsletter al final de esta misma página.  

Fuentes:

• Taylor & Francis
• TechXplore