Científicos de la Universidad de Cambridge han desarrollado un nuevo reactor que convierte el gas natural (una fuente de energía común compuesta principalmente de metano) en dos recursos muy valiosos: combustible de hidrógeno limpio y nanotubos de carbono, que son ultraligeros y mucho más resistentes que el acero. El hidrógeno es un combustible ecológico prometedor porque se quema completamente, produciendo únicamente vapor de agua y cero dióxido de carbono. Sin embargo, la forma en que producimos hidrógeno hoy en día suele implicar el uso de vapor a alta presión para descomponer las moléculas de gas, lo que libera cantidades significativas de CO₂ como subproducto.
Para evitarlo, el equipo de Cambridge quería perfeccionar una técnica llamada pirólisis de metano, que convierte el metano en hidrógeno y carbono sólido sin producir dióxido de carbono. Sin embargo, hasta ahora, nadie ha logrado realizar este proceso con la suficiente eficiencia para su uso a gran escala, ya que los reactores tradicionales desperdician demasiado gas.
Reactor multipaso
Los científicos resolvieron el problema construyendo un reactor multipaso, como se detalla en un artículo publicado en la revista Nature Energy. En lugar de dejar que el gas pase por el sistema solo una vez, lo que genera un desperdicio significativo y una pérdida de energía, el gas no utilizado se recicla continuamente. El metano continúa pasando por el reactor caliente hasta que la mayor parte se convierte en aerogeles de hidrógeno y nanotubos de carbono.
Al operar como un sistema de circuito cerrado, el reactor minimiza la cantidad de material desperdiciado. Este enfoque resultó en un gran avance en el rendimiento en comparación con los reactores de un solo paso, como informan los investigadores en su artículo: “El reactor de múltiples pasos demostró una mejora de 8,7 veces en el rendimiento de carbono y de 446 veces en la eficiencia molar del proceso [la eficiencia con la que el sistema utiliza cada molécula de gas]”.
Del laboratorio al mundo real
El estudio se realizó en un reactor a escala de laboratorio, pero para comprobar el rendimiento del sistema multipaso en condiciones reales, los investigadores ejecutaron un modelo informático de una versión más grande, diseñada para uso industrial. Incorporaron datos de una planta comercial real para lograr la mayor precisión posible en la simulación.
El equipo descubrió que el diseño del bucle convertiría el 75% del gas que entra al sistema en recursos útiles, produciendo nanotubos de carbono e hidrógeno en una proporción de masa de 3:1. En otras palabras, por cada 4 kilogramos de metano que el sistema convierte con éxito en recursos útiles, produce 3 kilogramos de nanotubos y 1 kilogramo de hidrógeno.
Este proceso no solo produciría materiales más resistentes y sostenibles para la industria de la construcción, sino que también proporcionaría abundante combustible limpio para satisfacer nuestras necesidades energéticas. Pero antes de eso, aún queda mucho trabajo de desarrollo por delante. Como señalan los investigadores: “El proceso podría reducir las emisiones de gases de efecto invernadero, pero se requiere un desarrollo considerable para implementar esta tecnología a una escala significativa”.
Fuente: Phys.org.