Los nanodiamantes pueden ser pequeños, pero pueden ayudar con uno de los mayores problemas que enfrenta la humanidad en la actualidad: el cambio climático.
El hidrógeno, un combustible de combustión limpia, no deja más que agua cuando se consume. Muchos países ven el hidrógeno como un camino hacia un futuro sin carbono, pero cambiar a una economía del hidrógeno requiere que su producción sea mucho más asequible de lo que es ahora.
En un estudio publicado en Nature Energy este mes, investigadores dirigidos por el Instituto de Ciencias Integradas de Materiales Celulares (iCeMS) de la Universidad de Kyoto describen cómo las membranas compuestas reforzadas con nanodiamantes pueden purificar el hidrógeno de sus mezclas húmedas, haciendo que los procesos de generación de hidrógeno sean mucho más eficientes y costosos. -eficaz.
“Hay varias metodologías escalables para producir hidrógeno, pero el hidrógeno generalmente se presenta como mezclas húmedas y su purificación es un desafío”, dice el profesor Easan Sivaniah, quien dirigió el equipo de iCeMS. “La tecnología de membranas permite procesos de separación económicos y energéticamente eficientes. Pero necesitamos tener los materiales de membrana adecuados para que funcione ”, agregó Sivaniah.
El óxido de grafeno (GO), un derivado del grafito soluble en agua, se puede ensamblar para formar una membrana que se puede utilizar para la purificación de hidrógeno. El gas hidrógeno pasa fácilmente a través de estos filtros, mientras que las moléculas más grandes se atascan.
El hidrógeno se separa típicamente de CO 2 u O 2en condiciones muy húmedas. Las hojas GO están cargadas negativamente, lo que hace que se repelan entre sí. Cuando se exponen a la humedad, las láminas cargadas negativamente se repelen aún más, permitiendo que las moléculas de agua se acumulen en los espacios entre las láminas GO, lo que eventualmente disuelve la membrana.
El Dr. Behnam Ghalei, quien codirigió la investigación, explicó que la adición de nanodiamantes a las hojas GO resuelve el problema de desintegración inducida por la humedad. “Los nanodiamantes con carga positiva pueden cancelar las repulsiones negativas de la membrana, haciendo que las láminas GO sean más compactas y resistentes al agua”.
El equipo también incluyó otros grupos de investigación de Japón y del extranjero. Los investigadores del Instituto de Investigación de Radiación Sincrotrón de Japón (SPring-8 / JASRI) realizaron estudios avanzados de rayos X. El Instituto de Ciencias de la Vida Cuántica (QST) ayudó con el desarrollo de materiales. La Universidad ShanghaiTech (China) y la Universidad Central Nacional (Taiwán) participaron en caracterizaciones de materiales de última generación.
“En nuestra colaboración con el Dr. Ryuji Igarashi de QST, pudimos acceder a nanodiamantes con tamaños y funciones bien definidos, sin los cuales la investigación no habría sido posible”, dice Sivaniah. “Es importante destacar que el grupo de Igarashi tiene una tecnología patentada para aumentar la producción de nanodiamantes a un costo razonable en el futuro”.
Sivaniah dice que los nanodiamantes tienen usos potenciales más allá de la producción de hidrógeno. El control de la humedad también es vital en varios otros campos, incluidos los productos farmacéuticos, los semiconductores y la producción de baterías de iones de litio. La tecnología de membranas también podría revolucionar el aire acondicionado al eliminar la humedad de manera eficiente. Los acondicionadores de aire se encuentran entre las formas más ineficientes de enfriar, ya que una cantidad significativa de la electricidad que se usa para alimentarlos se usa para eliminar la humedad, generando más emisiones de CO 2 y creando una espiral viciosa para el calentamiento global.
El gobierno japonés está profundamente comprometido con un futuro sin emisiones de carbono. Ha establecido un Fondo de Innovación Verde de US $ 20 mil millones para apoyar las asociaciones conjuntas entre los principales actores de la industria y empresas emprendedoras que traen nuevas tecnologías al mercado.