Nanocristales y residuos energéticos constituyen la fuente de generación de hidrógeno a partir del agua, en la nueva técnica desarrollada por especialistas de la Universidad de Wisconsin-Madison. Imagen: iStockphoto/Mustafa Deliormanli.
Un grupo de especialistas de la Universidad de Wisconsin-Madison ha diseñado una nueva forma para generar hidrógeno, una de las energías alternativas con mayor futuro. La técnica emplea residuos energéticos y nanocristales para lograr convertir el agua en hidrógeno, en un método simple y eficiente para obtener combustible limpio.
Al mismo tiempo, esta metodología permite reutilizar los desechos energéticos que se producen en distintos fenómenos y aplicarlos a la generación de nueva energía. La tecnología es realmente muy eficiente en cuanto a costos, convirtiéndose en un descubrimiento que puede tener importantes ventajas para resolver cuestiones ambientales y energéticas hacia el futuro.
La técnica logra la separación directa del agua para generar combustible de hidrógeno. La novedad fue publicada recientemente en el Journal of Physical Chemistry Letters, de la American Chemical Society. Además, fue difundida a través de una nota de prensa de la Universidad de Wisconsin-Madison, reproducida también en el medio especializado Science Daily.
Los investigadores e ingenieros, dirigidos por el geólogo y especialista en cristales Huifang Xu, desarrollaron nanocristales a partir de dos cristales comunes, óxido de zinc y titanato de bario, para posteriormente colocarlos en agua. A través de la acción de vibraciones ultrasónicas y pequeñas cantidades de otros residuos energéticos, los nanocristales provocan una reacción química que permite dividir las moléculas de agua en hidrógeno y oxígeno.
Al mismo tiempo, esta metodología permite reutilizar los desechos energéticos que se producen en distintos fenómenos y aplicarlos a la generación de nueva energía. La tecnología es realmente muy eficiente en cuanto a costos, convirtiéndose en un descubrimiento que puede tener importantes ventajas para resolver cuestiones ambientales y energéticas hacia el futuro.
La técnica logra la separación directa del agua para generar combustible de hidrógeno. La novedad fue publicada recientemente en el Journal of Physical Chemistry Letters, de la American Chemical Society. Además, fue difundida a través de una nota de prensa de la Universidad de Wisconsin-Madison, reproducida también en el medio especializado Science Daily.
Los investigadores e ingenieros, dirigidos por el geólogo y especialista en cristales Huifang Xu, desarrollaron nanocristales a partir de dos cristales comunes, óxido de zinc y titanato de bario, para posteriormente colocarlos en agua. A través de la acción de vibraciones ultrasónicas y pequeñas cantidades de otros residuos energéticos, los nanocristales provocan una reacción química que permite dividir las moléculas de agua en hidrógeno y oxígeno.
Cómo se produce el nuevo fenómeno
Cuando las fibras de los nanocristales se doblan, las asimetrías en sus estructuras de cristal generan cargas positivas y negativas y crean un potencial eléctrico. Este fenómeno, denominado efecto piezoeléctrico, es conocido como una potencialidad de ciertos cristales desde hace más de un siglo, siendo la fuerza que mueve a los relojes de cuarzo y otras aplicaciones.
Esa misma idea fue aplicada a las fibras de nanocristales por parte del equipo de la universidad norteamericana, conformado por Huifang Xu, el estudiante graduado Kuang-Sheng Hong, el investigador Hiromi Konishi y el profesor de ingeniería mecánica Xiaochun Li, todos de la Universidad de Wisconsin-Madison.
Para lograr el avance, los especialistas se aprovecharon de la flexibilidad de los materiales empleados a nanoescala, ya que en otras dimensiones los mismos serían muy frágiles. Esta condición podría ejemplificarse en la diferencia entre la fibra de vidrio y un panel de vidrio.
Las fibras más pequeñas se pueden modificar mucho más fácilmente que los cristales más grandes, y por lo tanto también producen cargas eléctricas con mayor simpleza. Hasta el momento, los investigadores han logrado una impresionante eficacia energética del 18 por ciento en los nanocristales, superior a la obtenida en otras fuentes experimentales de energía.
Cuando las fibras de los nanocristales se doblan, las asimetrías en sus estructuras de cristal generan cargas positivas y negativas y crean un potencial eléctrico. Este fenómeno, denominado efecto piezoeléctrico, es conocido como una potencialidad de ciertos cristales desde hace más de un siglo, siendo la fuerza que mueve a los relojes de cuarzo y otras aplicaciones.
Esa misma idea fue aplicada a las fibras de nanocristales por parte del equipo de la universidad norteamericana, conformado por Huifang Xu, el estudiante graduado Kuang-Sheng Hong, el investigador Hiromi Konishi y el profesor de ingeniería mecánica Xiaochun Li, todos de la Universidad de Wisconsin-Madison.
Para lograr el avance, los especialistas se aprovecharon de la flexibilidad de los materiales empleados a nanoescala, ya que en otras dimensiones los mismos serían muy frágiles. Esta condición podría ejemplificarse en la diferencia entre la fibra de vidrio y un panel de vidrio.
Las fibras más pequeñas se pueden modificar mucho más fácilmente que los cristales más grandes, y por lo tanto también producen cargas eléctricas con mayor simpleza. Hasta el momento, los investigadores han logrado una impresionante eficacia energética del 18 por ciento en los nanocristales, superior a la obtenida en otras fuentes experimentales de energía.
Potencialidades a futuro
Según explican Xu y sus colegas, la técnica permite ajustar las fibras de nanocristales y combinar su uso con pequeñas cantidades de residuos energéticos, como diferentes vibraciones o el mismo movimiento del agua al fluir. Es así que este tipo de tecnología permite compactar esos residuos energéticos y convertirlos en energía química útil.
En lugar de obtener la energía eléctrica directamente, los científicos tomaron un enfoque innovador: utilizaron la energía producida para romper los enlaces químicos en el agua y generar a partir de ella oxígeno y gas hidrógeno. La conversión de la energía mecánica en energía química directamente constituye un nuevo fenómeno.
Asimismo, la energía química del combustible de hidrógeno es más estable que la carga eléctrica. Además, es relativamente fácil de almacenar y no pierde potencia con el tiempo, eliminando dos de los principales puntos negativos de buena parte de las energías alternativas.
Por otra parte, Xu y sus colegas creen que con el desarrollo de la tecnología correcta este método puede ser muy útil para la generación de pequeñas cantidades de energía a partir de distintas fuentes, como por ejemplo la energía producida al caminar, que podría servir para cargar un teléfono móvil o un reproductor de música. Esta investigación fue financiada por la UW-Madison Graduate School, la National Science Foundation, el NASA Astrobiology Institute y el Departamento de Energía de los Estados Unidos.
Según explican Xu y sus colegas, la técnica permite ajustar las fibras de nanocristales y combinar su uso con pequeñas cantidades de residuos energéticos, como diferentes vibraciones o el mismo movimiento del agua al fluir. Es así que este tipo de tecnología permite compactar esos residuos energéticos y convertirlos en energía química útil.
En lugar de obtener la energía eléctrica directamente, los científicos tomaron un enfoque innovador: utilizaron la energía producida para romper los enlaces químicos en el agua y generar a partir de ella oxígeno y gas hidrógeno. La conversión de la energía mecánica en energía química directamente constituye un nuevo fenómeno.
Asimismo, la energía química del combustible de hidrógeno es más estable que la carga eléctrica. Además, es relativamente fácil de almacenar y no pierde potencia con el tiempo, eliminando dos de los principales puntos negativos de buena parte de las energías alternativas.
Por otra parte, Xu y sus colegas creen que con el desarrollo de la tecnología correcta este método puede ser muy útil para la generación de pequeñas cantidades de energía a partir de distintas fuentes, como por ejemplo la energía producida al caminar, que podría servir para cargar un teléfono móvil o un reproductor de música. Esta investigación fue financiada por la UW-Madison Graduate School, la National Science Foundation, el NASA Astrobiology Institute y el Departamento de Energía de los Estados Unidos.