Aguas residuales contaminadas impulsan la producción de hidrógeno verde

Una investigación dirigida por la Universidad RMIT ha desarrollado una invención experimental para convertir la elevada carga contaminante de las aguas residuales en una ventaja para producir hidrógeno verde que podría reducir la dependencia del agua dulce, un recurso escaso en muchas partes del mundo.

Dado que más del 80% de las aguas residuales mundiales se vierten al medio ambiente sin tratamiento, esta investigación ofrece una oportunidad de convertir este pasivo ambiental en una mayor productividad. El enfoque del equipo aprovecha algunos de los contaminantes presentes en las aguas residuales para acelerar la producción de hidrógeno y superar las elevadas cargas de contaminantes.

El trabajo, publicado en ACS Electrochemistry, involucró colaboraciones con la Universidad de Melbourne, el Sincrotrón Australiano y la Universidad de Nueva Gales del Sur, basándose en avances anteriores que incluyen técnicas para eliminar microplásticos del agua mediante imanes.

Cómo los contaminantes se convierten en catalizadores

El investigador principal, el profesor asociado Nasir Mahmood, explicó que el equipo encontró una forma de capturar platino, cromo y níquel, junto con otros metales en el agua, y luego poner estos elementos a trabajar para mejorar la producción de hidrógeno verde.

"La ventaja de nuestra innovación sobre otras para producir hidrógeno verde es que aprovecha los materiales inherentes a las aguas residuales en lugar de requerir agua purificada o pasos adicionales", afirmó Mahmood.

La invención experimental consiste en electrodos fabricados con una superficie de carbono absorbente que atrae los metales de las aguas residuales para formar catalizadores estables y eficientes en la conducción de la electricidad, lo que ayuda a acelerar la descomposición del agua.

Los materiales utilizados para producir la superficie de carbono especial se fabrican a partir de residuos agrícolas, otro aspecto rentable de la innovación que contribuye a una economía circular. Los metales interactúan con otros elementos en las aguas residuales para impulsar las reacciones electroquímicas necesarias para dividir el agua en oxígeno e hidrógeno.

Proceso experimental con resultados prometedores

Como parte de los experimentos, el equipo utilizó muestras de aguas residuales en un recipiente con dos electrodos: un ánodo (positivo) y un cátodo (negativo), alimentando el proceso de separación del agua con energía renovable. Cuando la electricidad fluye a través del agua, se produce una reacción química que separa el agua en sus componentes básicos.

En el cátodo, las moléculas de agua ganan electrones y forman hidrógeno gaseoso. En el ánodo, las moléculas de agua pierden electrones y forman oxígeno. El dispositivo permitió la separación continua del agua durante 18 días durante los experimentos de laboratorio, con una disminución mínima del rendimiento.

"El oxígeno producido puede reintegrarse en las plantas de tratamiento de aguas residuales para mejorar su eficiencia al reducir el contenido orgánico", explicó Mahmood, añadiendo un beneficio adicional al proceso que crea un ciclo de aprovechamiento completo.

Hacia la implementación comercial

El investigador codirector, el profesor Nicky Eshtiaghi, destacó que la innovación podría reducir potencialmente el alto costo del tratamiento de aguas residuales y convertirlo en algo valioso: una fuente de hidrógeno verde que aborda tanto la reducción de la contaminación como la escasez de agua.

"Estamos interesados en trabajar con empresas de todo el mundo que abordan la energía y los residuos como desafíos en términos de costos y sostenibilidad, así como con las autoridades del agua", afirmó Eshtiaghi. "Las colaboraciones podrían centrarse en el desarrollo de sistemas comerciales para utilizar esta tecnología a gran escala".

El co-investigador Dr. Muhammad Haris señaló que se necesita más investigación para refinar el proceso del catalizador, haciéndolo aún más eficiente y adecuado para uso comercial. El método necesita ser probado con diferentes tipos de aguas residuales para garantizar que funcione universalmente.

RMIT está desarrollando una plataforma de sistemas catalíticos capaces de utilizar recursos hídricos que antes eran difíciles de utilizar, como aguas residuales y agua de mar, convirtiendo desafíos ambientales en oportunidades energéticas sostenibles.

Fuente: ACS Electrochemistry