El hidrógeno, el elemento más ligero y abundante del mundo, es -en condiciones normales- un producto inodoro, incoloro, insípido, no tóxico pero altamente combustible. Mientras el mundo busca desesperadamente formas de energía nuevas y más sostenibles que no provoquen el cambio climático y el calentamiento global, el hidrógeno ha ido ascendiendo a la cima. Aunque es incoloro, los científicos lo clasifican en tres “colores”: gris, azul y verde.
El hidrógeno gris, que es el que más se produce hoy en día, es relativamente barato y se utiliza en la industria química para refinar petróleo y fabricar fertilizantes, se deriva del gas natural y se produce a partir de combustibles fósiles, lo que lo convierte en la forma menos renovable de hidrógeno.
En este proceso, el metano -el elemento principal del gas natural- se mezcla con vapor a alta temperatura para producir hidrógeno y dióxido de carbono (CO2) mediante una reacción química catalítica.
Desgraciadamente, por cada kilo de hidrógeno gris producido se liberan a la atmósfera casi 10 kilogramos de CO2. Esta elevada proporción de dióxido de carbono que se produce da a esta forma de hidrógeno su denominación de “gris”.
La misma técnica de procesamiento químico utilizada para producir hidrógeno gris se emplea también para producir hidrógeno azul. La gran diferencia es que con el hidrógeno azul, el CO2 producido no se escapa al medio ambiente. En su lugar, se captura en las instalaciones de producción y se almacena por separado, pero no es totalmente respetuoso con el medio ambiente porque no elimina por completo las emisiones de carbono a la atmósfera.
El hidrógeno verde sigue un proceso de producción totalmente diferente al de los dos primeros. Utiliza la electrólisis, es decir, la separación de las moléculas de hidrógeno y oxígeno mediante la aplicación de energía eléctrica al agua. Las fuentes renovables, como la energía eólica y la solar, generan electricidad para este proceso. En este circuito cerrado de energía sostenible, no se producen gases nocivos en ningún punto de la cadena de producción, lo que lo convierte en el objetivo final en el espacio del combustible de hidrógeno.
Pero producirlo presenta ciertos retos. Las máquinas utilizadas para llevar a cabo la electrólisis son caras y el suministro de electricidad limpia procedente de fuentes solares y eólicas es limitado, por lo que, aunque el hidrógeno verde es ideal, producir esta fuente de energía limpia sigue siendo poco práctico.
Sin embargo, un nuevo descubrimiento de la Universidad de Tel Aviv (TAU) puede acelerar enormemente la transición industrial del uso del contaminante hidrógeno gris al gas verde. La estudiante de doctorado Tamar Elman, bajo la supervisión del prof.
Iftach Yacoby, del laboratorio de energías renovables de la Facultad de Ciencias de la Vida de la TAU, publicó el estudio en la prestigiosa revista Cell Reports-Physical Science con el título “Enhanced chloroplast-mitochondria crosstalk promotes ambient algal-H2 production”.
En el estudio, los investigadores identificaron un mutante de una cepa conocida de algas microscópicas que permite, por primera vez, la producción de gas hidrógeno verde a través de la fotosíntesis a una escala adecuada a las necesidades industriales.
Los investigadores señalaron que el hidrógeno verde puede utilizarse para alimentar varios tipos de vehículos eléctricos y, desde hace varios años, ya se utiliza para alimentar bicicletas y coches cuya batería de litio contaminante se sustituye por una pila de combustible que convierte el hidrógeno en electricidad.
Los investigadores añadieron que la producción de hidrógeno verde es posible mediante paneles solares conectados a dispositivos que realizan la descomposición del agua en hidrógeno y oxígeno (electrolizadores), pero este proceso es caro debido a que requiere metales preciosos y agua destilada. En su lugar, o además, se pueden utilizar procesos biológicos para producir hidrógeno. En la naturaleza, el hidrógeno es producido como un subproducto de la fotosíntesis durante períodos de minutos por las microalgas, algas unicelulares que se encuentran en todos los depósitos de agua e incluso en el suelo. Pero para que este proceso se convierta en una fuente de energía sostenible, el hombre debe diseñar cepas de microalgas que produzcan hidrógeno durante días y semanas.
Yacoby explicó que, como parte de las pruebas de laboratorio, los investigadores identificaron un nuevo mutante en las algas microscópicas que impide la acumulación de oxígeno con cualquier intensidad de iluminación. El equipo, por tanto, sugirió que se podría conseguir una producción continua de hidrógeno a partir de ella.
Con la ayuda de mediciones en biorreactores en volúmenes de un litro, pudieron demostrar que se puede producir hidrógeno de forma continua durante más de 12 días. “El nuevo mutante supera dos grandes barreras que hasta ahora han impedido la producción continua de hidrógeno”, dijo Yacoby.
“La primera barrera es la acumulación de oxígeno en el proceso de fotosíntesis. Por regla general, el oxígeno envenena la enzima que produce el hidrógeno en las algas, pero en la mutación, el aumento de la respiración elimina el oxígeno y permite unas condiciones favorables para la producción continua de hidrógeno. La segunda barrera es la pérdida de energía hacia procesos competidores, incluida la fijación del dióxido de carbono en azúcar. También se ha resuelto en el mutante y la mayor parte de la energía se canaliza para la producción continua de hidrógeno”.
Los miembros del equipo trabajan ahora en un programa piloto para volúmenes mayores y en el desarrollo de métodos que permitan ampliar el tiempo de cosecha de hidrógeno para reducir su coste a niveles competitivos. “La tasa de producción de hidrógeno del nuevo mutante alcanza una décima parte de la tasa teórica posible, y con la ayuda de nuevas investigaciones es posible mejorarla aún más”, concluyó Yacoby.
