Zacatecas, – Con la finalidad de generar una vía económica y ecológica para la obtención de hidrógeno (H) con energías alternativas, científicos de la Unidad Académica de Ciencias Químicas (UACQ) de la Universidad Autónoma de Zacatecas (UAZ), en colaboración con las universidades de Western Ontario y Laval, de Canadá, obtuvieron un catalizador que con el uso de un reactor de luz ultravioleta (UV), obtiene dicho elemento a partir de la disociación del agua.
El proyecto de investigación fue dirigido por el doctor Benito Serrano Rosales con la participación del doctor Sergio Miguel Durón Torres, ambos miembros del Sistema Nacional de Investigadores (SNI) del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt), niveles II y I, respectivamente; así como el doctor Víctor Manuel García Saldívar, todos docentes e investigadores de la UACQ de la UAZ, en coordinación con el doctor Hugo de Lasa, de la Universidad de Western Ontario, Canadá.
El proyecto, titulado Producción de hidrógeno a través de la disociación del agua usando fotocatálisis heterogénea, inició en marzo de 2014 y se efectuó con apoyo económico de la Convocatoria 2013 de Fondos Mixtos (Fomix) de Conacyt. También contó con el respaldo por parte de la Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales (Semarnat) y la empresa zacatecana Ecoinova. Esta etapa de la investigación concluyó en junio de 2016.
En entrevista el doctor Benito Serrano manifestó que se trata de una investigación de ciencia básica, en la que los involucrados lograron demostrar que el hidrógeno se puede obtener rompiendo el agua con ayuda de un catalizador —sustancia que acelera una reacción química.
“Hasta la fecha, la producción de hidrógeno que hemos obtenido es muy pequeña, pues es un proyecto de ciencia básica; pero el paso siguiente es mejorar tecnológicamente el proceso. Su impacto y su importancia radica que, con lo que hemos realizado, pueda ser fabricado un prototipo que lleve a cabo la reacción de disociación del agua en mayores cantidades”, enunció.
El ingeniero químico y doctor Benito Serrano reveló que además de cumplir con el objetivo de estudio, este proyecto ha impulsado la formación de recursos humanos, pues realizaron y defendieron una tesis de maestría en ciencias de la ingeniería y una de licenciatura en ingeniería química, además de que los resultados han sido divulgados en tres congresos nacionales, uno internacional y se publicó un artículo en la revista indexada Fuel.
Fotocatálisis heterogénea
“La obtención de hidrógeno es un tema que se está trabajando en el mundo desde numerosas vías; por ejemplo, con la aplicación de métodos electroquímicos, de gasificación de biomasa o a partir de hidrocarburos fósiles, como el petróleo. Nosotros lo que buscamos es no depender de los hidrocarburos ni de la energía eléctrica para su obtención. Nuestra intención es producirlo a partir del agua y, finalmente, con luz solar. Somos los únicos en el país que lo estamos haciendo así, por medio de fotocatálisis heterogénea, usando diversos catalizadores dopados o impregnados con platino y usando el reactor Photo-CREC-Water-Hydrogen”, expuso el doctor Serrano Rosales.
Por su parte, el también colaborador en el proyecto, el doctor Óscar Joaquín Solís Marcial, candidato a investigador nacional, declaró que las pruebas fueron efectuadas con un reactor que utiliza radiación de tipo ultravioleta cercana —misma que llega a la Tierra por parte del sol—. “Por esta razón afirmamos que con el catalizador se logró maximizar la producción de hidrógeno utilizando radiación solar como fuente de energía”, expresó.
“Este proyecto es algo ambicioso, porque si se lograra optimizar a niveles industriales, resolvería en gran medida un problema energético. Obtendríamos un combustible de alto poder calorífico a partir del agua y luz solar. Entonces, la inversión que se requeriría energéticamente hablando sería mínima, además de ser amigable con el medio ambiente”, informó.
Generación de catalizadores de dióxido de titanio
En el desarrollo del proyecto se sintetizaron catalizadores de dióxido de titanio (TiO2) puros y dopados, con diferentes cantidades de platino (Pt). También se prepararon catalizadores de dióxido de titanio comercial, que fueron impregnados con platino.
“Posteriormente, se adaptó el reactor llamado Photo CREC-Water II para la producción de hidrógeno vía disociación del agua, utilizando fotocatálisis heterogénea. Realizamos experimentos estudiando el efecto del pH y usando etanol (C2H6O) como agente. En seis horas de experimento, con el uso del catalizador de TiO2 impregnado con 1.7 por ciento de Pt y C2H6O, se produjo el hidrógeno, alcanzando un valor de 17 por ciento para el rendimiento cuántico”, describió.
Contribución científica más importante de este proyecto
El doctor Benito Rosales indicó que la contribución científica más importante de este trabajo es el establecimiento de un esquema de reacciones, necesaria para la producción de hidrógeno. También se hizo la propuesta de dos reacciones adicionales: la reducción de dióxido de carbono (CO2) para producir etanol y la formación de peróxido de hidrógeno (H2O2), además de avanzar en la comprensión del papel que juega el platino en este proceso.
“Para conseguir todos estos resultados fue muy importante la colaboración que hemos mantenido con las universidades canadienses Western University, en Ontario, a través del doctor Hugo de Lasa, y con la Universidad Laval, en Quebec, a través del doctor Serge Kaliaguine. Ambos colegas canadienses son líderes mundiales en catálisis e ingeniería de reactores fotocatalíticos”, expuso.
Formación de recursos humanos
La formación de recursos humanos se logró a través de estudiantes que realizaron sus tesis, así como estancias de investigación en las universidades canadienses, hechas por profesores y estudiantes bajo este proyecto.
Entre los estudiantes que han participado en el proyecto se encuentra Alan Rubén Calzada Hernández, quien recibió su título como maestro en ciencias de la ingeniería, por parte de la UAZ; así como Jazmín Acuña Chairez, se tituló como ingeniera química, y a la fecha se encuentran próximos a titularse Asael Hair Arrieta Valencia, Abraham Carrillo Campos, Jared André Delgado Pérez y Xinhel Villagrana Pacheco, estudiantes de licenciatura en ingeniería química.
El doctor en ingeniería química informó que a la fecha, el estudiante mexicano Jesús Fabricio Guayaquil Sosa continúa con el desarrollo de este proyecto, por medio de sus estudios de doctorado en Ontario, Canadá; mismos que finalizará en noviembre de 2017.
