24 de junio de 2016
alcalorpolitico.com
Buena parte de este año la he dedicado a compartirles algo de la ciencia relacionada con la contaminación atmosférica en diferentes ciudades del mundo e incluso en diferentes épocas, en muchas de esas historias la conclusión es que si bien los vehículos no son los únicos responsables de contaminar el aire, sí es cierto que contribuyen en buena medida, sobre todo porque en los asentamientos urbanos existen en gran cantidad, así aunque un solo auto nuevo tenga pocas emisiones, la suma de cientos, miles y millones de autos, más o menos contaminantes, terminará contribuyendo significativamente a la calidad del aire de una región.
Eso, en conjunto con las condiciones del tiempo -mucho calor y pocas lluvias- hicieron que por ejemplo en la Ciudad de México se aplicara una “versión extendida” del programa Hoy No Circula -que concluirá esa modalidad a finales de junio-, y que ha estado sacando de la circulación cada día del 20% del parque vehicular, buscando que las emisiones se reduzcan un poco y la calidad del aire no sea tan mala. A pesar de esas medidas, es cierto que el Valle de México en estos meses tuvo muchos días con calidad del aire mala, tanto que incluso en ciertos días se extendieron más las restricciones de circulación -Doble Hoy No Circula-.
Ahora que hemos cambiado de estación y comienzan las lluvias en todo el país, aparentemente los días son más limpios en la Ciudad de México, justo cuando terminará esta versión más estricta del Hoy No Circula -aunque por supuesto continuará existiendo-, que tomará en cuenta de nuevo la cantidad de emisiones de cada auto para restringirle o no la circulación, con lo que los dueños de autos más nuevos se verán beneficiados.
De cualquier forma, sean autos muy nuevos o autos viejos, uno de los problemas principales es que usan gasolina, un derivado del petróleo: así, aunque la gasolina sea de excelente calidad y sea usada en un auto del año, a fin de cuentas uno de los productos principales de su combustión será el dióxido de carbono, gas de efecto invernadero y uno de los causantes del cambio climático que vivimos en nuestros tiempos.
Así es más allá de breves restricciones de circulación para los autos en las ciudades, hay grupos de investigación en todo el mundo que buscan formas viables de producir combustibles alternativos a los combustibles fósiles como la gasolina.
Una de las alterantivas que se han explorado es utilizar hidrógeno como combustible alternativo y “limpio”, pues su combustión (reacción con oxígeno) no produce dióxido de carbono sino vapor de agua.
Actualmente la opción más barata para obtener el hidrógeno suficiente para usarse como combustible, es a través de la reacción química entre vapor de agua y gas natural. (1) Sin embargo este proceso en sí produce dióxido de carbono, con lo que la disminución total del impacto en el efecto invernadero no se reduce de forma significativa respecto al uso de combustibles como la gasolina.
Una opción más adecuada para producir hidrógeno sería simplemente con la descomposición del agua en sus elementos. Sin embargo para obtener cantidades suficientes de hidrógeno por este medio es necesario utilizar temperaturas y presiones muy altas, lo que hacen que el proceso necesite mucha energía -que en general termina siendo obtenida a través de combustibles fósiles que producen dióxido de carbono-.
Una alternativa para hacer más eficiente el proceso es utilizar catalizadores, es decir sustancias que aceleren la reacción y eviten el uso de temperaturas muy altas.
De inicios del siglo XXI a la fecha se han estudiado extensivamente compuestos con metales preciosos como el platino o el iridio. (2) A pesar de que estos catalizadores son caros, se ha justificado su desarrollo con el hecho de que se requieren muy pequeñas cantidades de éstos en los procesos, además de que se pueden reusar muchas veces, con lo que en el tiempo sus costos se pueden amortizar.
Sin embargo tener catalizadores más barato que cumplan con esas características, hace que la búsqueda continúe, sobre todo considerando que uno de los objetivos debe ser que la producción de hidrógeno pudiera hacerse no solo con mayor rapidez, sino a mayor escala que la de un matraz.
Así, ya se han conseguido avances en el desarrollo de catalizadores de molibdeno, cuya producción es 70 veces más barata de la de catalizadores de platino. (3)
También se ha conseguido hacer la reacción de ruptura del agua, usando nanopartículas de compuestos de cobalto, hierro y níquel -metales más baratos y abundantes que el platino-, que han mostrado ser lo suficientemente activas, pero también estables, para poder usarse a lo largo de varios ciclos de catálisis. (4)
Incluso más recientemente, un grupo de investigadores de Singapur publicaron un artículo en el que mostraban los resultados de la obtención catalítica de hidrógeno usando un compuesto que no contiene un metal, sino un metaloide, el silicio. (5)
Por supuesto todos estos avances están sobre el terreno de la ciencia básica y es probable que muchas personas se pregunten si estamos cerca de la posibilidad de usar hidrógeno en nuestros automóviles.
La verdad es que por ahora el hidrógeno sigue siendo “el combustible del futuro”, así en abstracto, pues para que eso se vuelva realidad es necesario no solo poder obtener hidrógeno de forma barata, sino también diseñar las adaptaciones necesarias en infraestructura para almacenarlo, distribuirlo y usarlo.
Así que lo más seguro es que no veamos pronto que cambien los letreros en las gasolinerías -al menos no porque usen hidrógeno-.
Comentarios, preguntas y sugerencias en [email protected] o en twitter a @paux_gr
(1) Office of Energy Efficency & Renewable Energy: http://energy.gov/eere/fuelcells/hydrogen-production-natural-gas-reforming
(2) Homogeneous catalysis of platinum (II) complexes in photochemical hydrogen production from water, Ken Sakai, Hironobu Ozawa, Coordination Chemistry Reviews, 2007: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0010854507001798
(3) MoS2-based materials as alternative cathode catalyst for PEM electrolysis, Tachmajal Corrales-Sánchez, Jordi Ampurdanés, Atsushi Urakawa, International Journal of Hydrogen Energy, 2014 https://www.researchgate.net/publication/273849882_MoS2-based_materials_as_alternative_cathode_catalyst_for_PEM_electrolysis
(4) Bifunctional non-noble metal oxide nanoparticle electrocalysts through lithium-induced conversion for overall water splitting, H. Wang, H.-W. Lee, Y. Deng, P.-C. Hsu, Y. Liu, D. Lin, Y. Cui, Nature Communications, 2015.
http://www.nature.com/ncomms/2015/150623/ncomms8261/full/ncomms8261.html
(5) Metal-free catalytic hydrogen production from polymethylhydrosilane-water mixture, Chew Pheng Yap, Hwa Tiong Poh, Wai Yip Fan,
http://www.nature.com/ncomms/2015/150623/ncomms8261/full/ncomms8261.html
Eso, en conjunto con las condiciones del tiempo -mucho calor y pocas lluvias- hicieron que por ejemplo en la Ciudad de México se aplicara una “versión extendida” del programa Hoy No Circula -que concluirá esa modalidad a finales de junio-, y que ha estado sacando de la circulación cada día del 20% del parque vehicular, buscando que las emisiones se reduzcan un poco y la calidad del aire no sea tan mala. A pesar de esas medidas, es cierto que el Valle de México en estos meses tuvo muchos días con calidad del aire mala, tanto que incluso en ciertos días se extendieron más las restricciones de circulación -Doble Hoy No Circula-.
Ahora que hemos cambiado de estación y comienzan las lluvias en todo el país, aparentemente los días son más limpios en la Ciudad de México, justo cuando terminará esta versión más estricta del Hoy No Circula -aunque por supuesto continuará existiendo-, que tomará en cuenta de nuevo la cantidad de emisiones de cada auto para restringirle o no la circulación, con lo que los dueños de autos más nuevos se verán beneficiados.
De cualquier forma, sean autos muy nuevos o autos viejos, uno de los problemas principales es que usan gasolina, un derivado del petróleo: así, aunque la gasolina sea de excelente calidad y sea usada en un auto del año, a fin de cuentas uno de los productos principales de su combustión será el dióxido de carbono, gas de efecto invernadero y uno de los causantes del cambio climático que vivimos en nuestros tiempos.
Así es más allá de breves restricciones de circulación para los autos en las ciudades, hay grupos de investigación en todo el mundo que buscan formas viables de producir combustibles alternativos a los combustibles fósiles como la gasolina.
Una de las alterantivas que se han explorado es utilizar hidrógeno como combustible alternativo y “limpio”, pues su combustión (reacción con oxígeno) no produce dióxido de carbono sino vapor de agua.
Actualmente la opción más barata para obtener el hidrógeno suficiente para usarse como combustible, es a través de la reacción química entre vapor de agua y gas natural. (1) Sin embargo este proceso en sí produce dióxido de carbono, con lo que la disminución total del impacto en el efecto invernadero no se reduce de forma significativa respecto al uso de combustibles como la gasolina.
Una opción más adecuada para producir hidrógeno sería simplemente con la descomposición del agua en sus elementos. Sin embargo para obtener cantidades suficientes de hidrógeno por este medio es necesario utilizar temperaturas y presiones muy altas, lo que hacen que el proceso necesite mucha energía -que en general termina siendo obtenida a través de combustibles fósiles que producen dióxido de carbono-.
Una alternativa para hacer más eficiente el proceso es utilizar catalizadores, es decir sustancias que aceleren la reacción y eviten el uso de temperaturas muy altas.
De inicios del siglo XXI a la fecha se han estudiado extensivamente compuestos con metales preciosos como el platino o el iridio. (2) A pesar de que estos catalizadores son caros, se ha justificado su desarrollo con el hecho de que se requieren muy pequeñas cantidades de éstos en los procesos, además de que se pueden reusar muchas veces, con lo que en el tiempo sus costos se pueden amortizar.
Sin embargo tener catalizadores más barato que cumplan con esas características, hace que la búsqueda continúe, sobre todo considerando que uno de los objetivos debe ser que la producción de hidrógeno pudiera hacerse no solo con mayor rapidez, sino a mayor escala que la de un matraz.
Así, ya se han conseguido avances en el desarrollo de catalizadores de molibdeno, cuya producción es 70 veces más barata de la de catalizadores de platino. (3)
También se ha conseguido hacer la reacción de ruptura del agua, usando nanopartículas de compuestos de cobalto, hierro y níquel -metales más baratos y abundantes que el platino-, que han mostrado ser lo suficientemente activas, pero también estables, para poder usarse a lo largo de varios ciclos de catálisis. (4)
Incluso más recientemente, un grupo de investigadores de Singapur publicaron un artículo en el que mostraban los resultados de la obtención catalítica de hidrógeno usando un compuesto que no contiene un metal, sino un metaloide, el silicio. (5)
Por supuesto todos estos avances están sobre el terreno de la ciencia básica y es probable que muchas personas se pregunten si estamos cerca de la posibilidad de usar hidrógeno en nuestros automóviles.
La verdad es que por ahora el hidrógeno sigue siendo “el combustible del futuro”, así en abstracto, pues para que eso se vuelva realidad es necesario no solo poder obtener hidrógeno de forma barata, sino también diseñar las adaptaciones necesarias en infraestructura para almacenarlo, distribuirlo y usarlo.
Así que lo más seguro es que no veamos pronto que cambien los letreros en las gasolinerías -al menos no porque usen hidrógeno-.
Comentarios, preguntas y sugerencias en [email protected] o en twitter a @paux_gr
(1) Office of Energy Efficency & Renewable Energy: http://energy.gov/eere/fuelcells/hydrogen-production-natural-gas-reforming
(2) Homogeneous catalysis of platinum (II) complexes in photochemical hydrogen production from water, Ken Sakai, Hironobu Ozawa, Coordination Chemistry Reviews, 2007: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0010854507001798
(3) MoS2-based materials as alternative cathode catalyst for PEM electrolysis, Tachmajal Corrales-Sánchez, Jordi Ampurdanés, Atsushi Urakawa, International Journal of Hydrogen Energy, 2014 https://www.researchgate.net/publication/273849882_MoS2-based_materials_as_alternative_cathode_catalyst_for_PEM_electrolysis
(4) Bifunctional non-noble metal oxide nanoparticle electrocalysts through lithium-induced conversion for overall water splitting, H. Wang, H.-W. Lee, Y. Deng, P.-C. Hsu, Y. Liu, D. Lin, Y. Cui, Nature Communications, 2015.
http://www.nature.com/ncomms/2015/150623/ncomms8261/full/ncomms8261.html
(5) Metal-free catalytic hydrogen production from polymethylhydrosilane-water mixture, Chew Pheng Yap, Hwa Tiong Poh, Wai Yip Fan,
http://www.nature.com/ncomms/2015/150623/ncomms8261/full/ncomms8261.html