La tecnología del plasma abre nuevas rutas en la obtención de materiales para las futuras baterías

La catedrática de Física Aplicada Dolores Calzada, en su despacho

Un grupo de investigación de la Universidad de Córdoba ha estudiado el proceso de descomposición del etanol para producir hidrógeno usando tecnología de plasma. Para ello emplearon esta tecnología de vanguardia, única en España, mediante dispositivos procedentes de la Universidad de Montreal (Canadá). El etanol es un alcohol y, por medio de la novedosa técnica, se pudo descomponer en substancias útiles para nuevas baterías. En concreto, se describieron dos rutas: una para obtener exclusivamente hidrógeno, y otra para lograr simultáneamente la producción de hidrógeno y grafeno. Ambos son compuestos de alto valor añadido empleados ya en innovaciones para lograr baterías de nueva generación, por lo que se abren grandes expectativas para esta línea de investigación.

Fue un descubrimiento por duplicado. El equipo científico, formado por físicos y químicos pertenecientes al Laboratorio de Innovación en  y en el que colaboró un profesor del Departamento de Química Orgánica, depuraban una técnica para la producción de hidrógeno a partir de etanol, un residuo agrícola, cuando obtuvieron al mismo tiempo un material de carbono sólido en cantidades muy estimables. Una vez analizado este material se comprobó que se trataba de grafeno de muy alta calidad. Los resultados, publicados recientemente en Chemical Engineering Journal, abren ahora dos nuevas rutas para conseguir baterías de nueva generación: producir exclusivamente hidrógeno o hidrógeno y grafeno. El grupo, con la colaboración de la Oficina de Transferencia de Resultados de Investigación de la UCO, ya ha patentado el procedimiento.

“Cuando en ciencia defines un objetivo y tratas de alcanzarlo, hay veces que se obtienen resultados colaterales no esperados, con los que se abren nuevas líneas de trabajo que puedes posteriormente explorar tú o en compañía de otros grupos de investigación de otras disciplinas”, recuerda la investigadora principal del trabajo, Dolores Calzada. 

Plasma

El plasma está presente en nuestro día a día. Por ejemplo, en los tubos fluorescentes y en las lámparas de bajo consumo. En los tubos fluorescentes, al gas contenido en ellos se le aplica energía eléctrica, ionizando parcialmente dicho gas y generando partículas que al interaccionar originan la emisión de luz. La novedad es, en este caso, el uso dado a estas partículas, en particular los electrones, que pueden romper “romper” las moléculas del etanol dando lugar a otros nuevos compuestos. El etanol está formado por moléculas de carbono, hidrógeno y oxígeno, por lo que era predecible la obtención, al menos, de hidrógeno y carbono, pero no así que los átomos de carbono se asociaran dando lugar a la estructura de grafeno, de cuyo análisis se derivó que es de elevada calidad y libre de metales al no utilizar catalizadores en el proceso. Esta investigación se realizó en el marco de un proyecto financiado por el Ministerio de Economía y Competitividad.

Descrita de manera experimental la doble vía para obtención de hidrógeno y grafeno a partir de etanol, los investigadores están trabajando, actualmente, en su escalado industrial a través de un proyecto de investigación y desarrollo (I+D) de la Junta de Andalucía. “En un principio, vamos a simultanear esta doble vía que hemos abierto”, indica Calzada, “ya que no sabemos del todo hacia donde nos puede llevar y cuál de los dos compuestos puede ser más rentable desde el punto de vista económico”.

Finalidades

La batería de hidrógeno es ya una realidad e incluso hay vehículos circulando por las carreteras de Estados Unidos o Alemania. No obstante, dada su novedad, se sigue investigando en ellas porque aún no se conocen todas las posibilidades que ofrecen. De ahí, que el hidrógeno obtenido mediante esta tecnología vaya a ser utilizado en analizar la capacidad de trabajo de las pilas de combustible con hidrógeno procedente de la descomposición de etanol.

Con el grafeno, se pretende fabricar nuevos electrodos para pilas de combustible que no necesiten emplear platino como catalizador, contribuyendo a abaratar el coste de este tipo de pilas. La Universidad de Córdoba ha abierto, en este sentido, una nueva línea de trabajo para conocer las potencialidades del grafeno en el área energética.  

R. Rincón, A. Marinas, J. Muñoz, C. Melero, M.D. Calzada. ‘Experimental research on ethanol-chemistry decomposition routes in a microwave plasma torch for hydrogen production’. Chemical Engineering Journal. 284 (2016). 1117-1126