Un equipo de la Universidad Estatal de Ohio (Ohio State University) desarrolló un proceso electroquímico que convierte dos de los principales flujos de residuos industriales (escoria de acero y cenizas de carbón) en hidrógeno verde y calcita de alta pureza, al tiempo que captura y mineraliza dióxido de carbono de forma permanente.
El novedoso proceso demuestra por primera vez que es posible producir hidrógeno con emisiones negativas utilizando electricidad de la red convencional, y que el valor del subproducto de calcita permite reducir el costo estimado de producción a menos de 1 dólar por kilogramo.
La investigación, titulada «Electrochemical CO2 Mineralization and H2 Generation from Steel and Coal Waste», fue publicada en la revista ACS Energy Letters.
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Un proceso que integra captura de CO₂ y producción de hidrógeno
El método, liderado por Tomaz Neves-Garcia, autor principal del estudio e investigador postdoctoral en química y bioquímica de Ohio State, y Robert Baker, profesor y autor principal del trabajo, combina dos procesos en un solo reactor: la mineralización electroquímica de CO₂ y la electrólisis de agua.
La clave está en aprovechar la exotermicidad (*) de la mineralización del CO₂ para generar un gradiente de pH inverso que reduce el potencial eléctrico necesario para la electrólisis en hasta 0,39 voltios.
En la primera demostración de la tecnología, el equipo expuso los subproductos industriales, escoria de acero, rica en compuestos de calcio, y cenizas de carbón, que contienen minerales alcalinos y óxidos metálicos reactivos, al dióxido de carbono.
El gas reaccionó con esos materiales para formar calcita de alta pureza, un mineral ampliamente utilizado en la construcción, la agricultura, la fabricación de papel, plásticos, pinturas y productos farmacéuticos.
Menos energía, más valor y emisiones negativas
Los resultados del estudio muestran que las reacciones químicas generadas por el proceso reducen la energía requerida para la electrólisis del agua, lo que permite producir hidrógeno de manera más eficiente que los métodos tradicionales, que demandan cantidades significativas de electricidad.
El reactor de tres cámaras utilizado en el ensayo alcanzó un gradiente de pH estable de 4,4, permitiendo la electrólisis con un potencial de inicio de 1,30 V y una eficiencia faradaica (**) para la fijación de CO₂ del 93%, lo que se traduce en un costo energético neto de menos de 0,5 kWh por kilogramo de CO₂ capturado.
«Nuestra tecnología no trata el CO₂ como una carga que debe gestionarse», afirmó Neves-Garcia. «En lugar de desperdiciar energía, estamos creando valor y generando energía. Eso es lo que hace que el potencial de este proceso sea realmente impactante».
El proceso, al fijar más carbono del que emite a lo largo de su cadena de producción, logra emisiones negativas incluso utilizando electricidad de la red, y tiene el potencial de mitigar más de 500 millones de toneladas de CO₂ al año a escala industrial.
Un costo competitivo que no depende de subsidios
Uno de los hallazgos más relevantes del estudio es el costo estimado de producción de hidrógeno, que al contabilizar el valor de la calcita como subproducto, se sitúa por debajo de 1 dólar por kilogramo.
Esta cifra sitúa al proceso en el rango necesario para competir con el hidrógeno producido a partir de combustibles fósiles, aunque los investigadores advierten que el rendimiento comercial deberá confirmarse a una escala mucho mayor.
Robert Baker, autor principal del estudio, destacó: «Esta tecnología es emocionante porque toma dos flujos de residuos abundantes y los convierte en productos valiosos, que tienen una alta demanda para combustibles y fabricación. También tiene el potencial de generar un impacto económico significativo sin depender de créditos de carbono, subsidios gubernamentales o mandatos ambientales».
El equipo de Ohio State ya trabaja en el escalado del proceso, que podría ofrecer una solución integrada para la industria siderúrgica y la generación de energía a partir de carbón, transformando sus residuos en recursos valiosos y reduciendo su huella de carbono.
Al no requerir materiales especializados para la captura de CO₂, el método introduce una vía sostenible y de bajo costo para la descarbonización de sectores difíciles de electrificar.
*La exotermicidad es la propiedad de una reacción o proceso químico que libera energía en forma de calor o luz hacia el ambiente.
** La eficiencia faradaica mide qué tan bien una corriente eléctrica produce el resultado químico que se busca en un sistema electroquímico.
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