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Hacer funcionar coches con hidrógeno elaborado a partir de almidón
Utilizando un guiso de enzimas extraídas de varios organismos, los investigadores han desarrollado una forma de convertir el almidón, disponible de numerosas fuentes, como maíz y patatas, en gas hidrógeno a bajas temperaturas y presiones. El método produce tres veces más hidrógeno que un método enzimático más antiguo, lo que sugiere que podría ser práctico utilizar tales enzimas para producir hidrógeno para vehículos con pilas de combustible.
Si bien los vehículos de pila de combustible son atractivos porque no emiten contaminantes, ha sido un desafío encontrar formas limpias y asequibles de producir, transportar y almacenar hidrógeno para alimentarlos. Más comúnmente, el hidrógeno se extrae de los combustibles fósiles. La producción de hidrógeno electrolizando agua consume mucha energía y puede resultar costosa. El nuevo sistema mejora otros métodos experimentales para crear hidrógeno a partir de biomasa mediante el uso de bajas temperaturas, lo que lo hace potencialmente más conveniente y energéticamente eficiente.
Los investigadores, de Virginia Tech , en Blacksburg, VA; Laboratorio Nacional Oak Ridge ; y la Universidad de Georgia, en Atenas, combinaron 13 enzimas disponibles comercialmente aisladas de levadura, bacterias, espinacas y músculo de conejo. El trabajo es disponible en linea en Más uno , una revista publicada por el Biblioteca Pública de Ciencias . El hidrógeno proviene de dos fuentes: el almidón y el agua que se usa para oxidar el almidón. Las enzimas facilitan reacciones químicas en las que el agua y el almidón se pueden convertir completamente en hidrógeno y dióxido de carbono, dice Y. Percival Zhang , profesor de sistemas biológicos en Virginia Tech. (El dióxido de carbono liberado se compensa con el dióxido de carbono capturado por las plantas que proporcionan el almidón).
El nuevo sistema produce un mayor rendimiento de hidrógeno que los sistemas experimentales anteriores que usaban enzimas para convertir azúcares en hidrógeno. Pero aunque el rendimiento de hidrógeno es alto, hasta ahora las velocidades a las que se produce el gas son extremadamente bajas. Eso se debe en parte a que los investigadores utilizaron enzimas disponibles en el mercado y no han optimizado el sistema, dice Zhang. El próximo proyecto de los científicos incluirá el análisis de cada etapa del proceso en detalle para encontrar los pasos que limitan la velocidad.
Por ejemplo, una de las enzimas puede estar produciendo un subproducto que ralentiza los pasos posteriores, dice Michael Adams , profesor de bioquímica y biología molecular en la Universidad de Georgia. Luego, los investigadores buscarían otras enzimas, o modificarían las actuales, para minimizar el subproducto. También buscarán enzimas que puedan operar a temperaturas más altas. Si aumenta la temperatura en 10 grados, la mayoría de las veces puede aumentar la velocidad de reacción al doble, dice Zhang.
Una de las primeras aplicaciones del sistema, dice Zhang, podría ser la generación de hidrógeno para pilas de combustible en dispositivos electrónicos portátiles. El almidón podría ser una forma más segura de almacenar energía que el uso de metanol, una de las principales opciones actuales para estos pequeños sistemas de pilas de combustible. Él estima que se necesitarán entre seis y ocho años para mejorar las tasas lo suficiente para tales aplicaciones. Con el tiempo, espera utilizar su proceso para resolver uno de los mayores problemas actuales con los vehículos de pila de combustible de hidrógeno: instalar suficiente hidrógeno a bordo para competir con los vehículos de gasolina.
Pero algunos funcionarios del Departamento de Energía (DOE) dudan de que todo el sistema sea lo suficientemente liviano para su uso a bordo. Sunita Satyapal , el líder del equipo de almacenamiento de hidrógeno en el DOE, señala que las estimaciones de los investigadores no incluyen el peso del agua u otros equipos necesarios para producir el hidrógeno. Estas cosas podrían duplicar con creces el peso del sistema, dice, incluso si se recicla el agua producida por la celda de combustible. El sistema probablemente será demasiado pesado para darle al vehículo un rango de conducción competitivo con los motores de gasolina, sugiere Satyapal.
También señala que la tasa de producción de hidrógeno es ahora órdenes de magnitud más baja de lo que debería ser para su uso en vehículos, y será muy difícil, si no imposible, mejorar suficientemente la tasa.
Pero incluso si el nuevo sistema no es útil como una forma de producir hidrógeno en un automóvil, eventualmente podría resultar útil para producir hidrógeno en las estaciones de servicio. Uno de los desafíos con la producción de hidrógeno es el costo de comprimir y transportar hidrógeno desde ubicaciones centrales. La producción in situ utilizando enzimas en las estaciones de servicio, o incluso en los hogares de las personas, podría solucionar estos problemas. En tales aplicaciones, la tasa de producción de hidrógeno puede ser menor que a bordo de un vehículo, ya que el hidrógeno se puede producir las 24 horas del día en tanques relativamente grandes.
Aún así, algunos son escépticos sobre el concepto básico de usar almidón para crear combustible. Convertir alimentos en hidrógeno no es una gran idea, dice John Deutch , profesor de química en el MIT. De hecho, la demanda de maíz para producir etanol ya está aumentando los precios de los alimentos. Usar almidón de maíz para producir hidrógeno podría agravar el problema.
Pero Zhang señala que emplear almidón para producir hidrógeno sería un uso mucho mejor del maíz disponible que convertirlo en etanol: las celdas de combustible pueden ser tres veces más eficientes que los motores de combustión interna que queman etanol. Sin embargo, ve el almidón como una solución temporal. Zhang también está desarrollando una versión del proceso que comienza con la celulosa, que se encuentra principalmente en las partes no alimentarias de las plantas.