En laboratorio, la luz convierte residuos de biodiésel en hidrógeno

Bajo el haz de un instrumento de rayos X del Sincrotrón Australiano, un polvo catalizador se sitúa frente a la luz que lo activa. Cuando se enciende la luz, los átomos de níquel y cobalto de su superficie cambian de estado químico; cuando se apaga, vuelven a su estado original. Ese vaivén, observado en menos de un segundo, es el núcleo de un nuevo estudio dirigido por investigadores de la Universidad de Nueva Gales del Sur (UNSW).

El proceso se llama fotorreformado. La energía luminosa impulsa una reacción que separa una materia prima en hidrógeno y otros productos a la vez. El equipo eligió el glicerol, el subproducto de la producción de biodiésel, que la creciente industria del biodiésel genera en grandes cantidades: unos 100 kilogramos por cada tonelada de biodiésel. El glicerol crudo puede valer tan solo 0,11 dólares estadounidenses por kilogramo. Convertirlo en gliceraldehído y dihidroxiacetona, empleados en las industrias química y farmacéutica, cambia ese valor. Esos dos productos se valoran en unos 75 dólares estadounidenses y 150 dólares estadounidenses por kilogramo.

El fotocatalizador está hecho de sulfuro de zinc e indio, modificado con cantidades muy pequeñas de níquel y cobalto. Bajo luz visible, el cocatalizador de níquel y cobalto elevó la tasa de generación de hidrógeno unas 10 veces frente al material sin modificar. También cambió el destino del glicerol. La superficie sin modificar favorecía sobre todo una ruta que producía hidroxiacetona; al añadir níquel y cobalto, una mayor parte del glicerol siguió las rutas que llevan a gliceraldehído y dihidroxiacetona.

El mecanismo fue lo más difícil de observar. Mediante espectroscopía de absorción de rayos X (XAS) in situ, que lee el estado químico de un metal mientras el material está en funcionamiento, el científico principal de ANSTO Bernt Johannessen y sus colaboradores siguieron los centros de níquel y cobalto. Su estado inicial era en su mayoría de iones con carga positiva; bajo la luz se volvieron más reducidos, la forma asociada al catalizador activo. Las medidas de control en oscuridad mostraron que el cambio estaba impulsado por la luz, no por el haz de rayos X. Una segunda técnica, la microespectroscopía infrarroja, siguió las moléculas en la superficie y ayudó a identificar los intermedios del camino.

Para los productores de biodiésel, el valor del método depende de lo que pueda llegar a hacer con su glicerol sobrante, y el estudio no responde a esa cuestión. No ofrece un precio para el proceso, ninguna cifra de capacidad ni fecha para una demostración fuera del laboratorio, y sus cifras de hidrógeno proceden de luz solar simulada. Lo que sí establece es un método para observar cómo funciona el catalizador, y el equipo sostiene que eso es lo que permite diseñar catalizadores capaces de dirigir la reacción hacia los productos elegidos. Cualquier paso de este resultado de banco a una planta empezaría por ese trabajo de diseño.