Electròlisi de l’aigua. Experiment per a Espai Terra de TV3

Segons la següent reacció química té lloc l’electròlisi de l’aigua, és a dir el trencament de la molècula d’aigua mitjançant un corrent elèctric per donar hidrogen i oxigen.

electrolisi_aigua còpiaTal i com es mostra al següent vídeo, acabo de reproduir l’experiment que es va dur a terme per primera vegada el 1800, per William Nicholson i Anthony Carlisle, poc esprés que Volta inventés la primera pila. Mitjançant aquesta reacció d’electròlisi es demostra que l’aigua és un compost i no un element, tal i com defensaven els alquimistes. els personatges que comentem, el 1800, varen ser capaços de descomposar l’aigua  en hidrogen i oxigen, però no va ser fins el 1805 quan el químic francès Gay-Lussac va descobrir que l’aigua està formada per 2 parts d’hidrogen i 1 d’oxigen. És a dir, la molècula d’aigua és H2O.

2 H2O –> 2 H2 + O2

Aquest experiment el vam intentar dur a terme en directe a Espai Terra de TV3, abans d’ahir. I dic que ho vàrem intentar ja que se’ns va trencar un elèctrode i només vam aconseguir que la reacció es donés tímidament (pispant més temps de tele del que teníem 😉 ). Realment en Jordi i en Tomàs, com a bons científics, van ésser molt pacients!

Espaiterra_febrer2013

A l'esquerra, elèctrode trencat (abans del directe es va trencar la soldadura entre el fil de coure -interior del tub de vidre i que aquí veiem a fora- i el de platí que fa d'elèctrode en si, dins la dissolució). A la dreta, en Pep Duran soldant altre cop els dos filaments metàl·lics amb una mica d'estany fos.

A l’esquerra, elèctrode trencat (abans del directe es va trencar la soldadura entre el fil de coure -interior del tub de vidre i que aquí veiem a fora- i el de platí que fa d’elèctrode en si, dins la dissolució). A la dreta, en Pep Duran soldant altre cop els dos filaments metàl·lics amb una mica d’estany fos.

Mitjançant aquest experiment demostrem que la mescla d’hidrogen i oxigen és explosiva, davant d’una flama (recordem la imatge del zepelí Hindenburg en flames). És a dir, la recombinació d’hidrogen i oxigen molecular, per a donar aigua, és una reacció molt exotèrmica, que desprèn molta energia. Per tant, la reacció d’electròlisi inversa pot esdevenir clau per a la cerca de resposta al gran repte energètic que se’ns planteja i, en el camp de l’emmagatzematge d’hidrogen per a aquestes finalitats, desenvolupo la meva Tesi Doctoral a L’Institut de Química Computacional i Catàlisi de la Universitat de Girona. Precisament a Espai Terra vam mostrar el funcionament d’una pila de combustible amb el cas pràctic d’un cotxe que funciona amb motor elèctric que obté l’energia a partir de la reacció d’electròlisi inversa. Aquí el tenim:

L’hidrogen, per tant, pot arribar a esdevenir el combustible del futur?

Gràcies per la foto mentre fèiem el directe, Pau! :)

Gràcies per la foto mentre fèiem el directe, Pau! 🙂

Més info a https://pepquimic.wordpress.com/2011/01/26/electrolisi-i-el-cotxe-que-funciona-amb-aigua-al-1r-carnaval-de-la-quimica/

Sensor d’hidrogen avançat per al futur cotxe elèctric

Scientists at the National Microelectronic Centre, of the Spanish National Research Council (CSIC), have developed a low cost hydrogen sensor to be implemented in future electric cars. The sensor is more efficient than other similar sensors as works at room temperature and can detect hydrogen concentrations in air below 4%, which is the lower explosive limit. The development was achieved within the European project HySYS, aimed to obtain efficient and low cost components for hydrogen electric cars.

Llegeixo que investigadors del Centre Ancional de Microelectrònica del CSIC han desenvolupat un sensor d’hidrogen de baix cost i més segur que els actuals, on els resultats del projecte es van integrar en dos prototips de cotxe elèctric.

Amb aquest nou sensor, es pretén la cerca de solucions a diversos reptes, tal i com menciona l’article publicat pel CSIC:

… havia de ser un sensor que detectés concentracions d’hidrogen en aire inferiors al límit explosiu (4%); de baix cost i baix consum, i amb sortida digital en algun dels estàndards de comunicacions digitals. A més, el sensor havia de funcionar a temperatura ambient. I és que els actuals sensors d’hidrogen treballen a altes temperatures, fet que suposa un risc afegit si la concentració d’hidrogen augmenta.

Es tracta d’un sensor basat en Pd, metall que s’infla a l’entrar en contacte amb l’hidrogen. S’aprofita aquest canvi per tal de tancar un circuit, el pas del corrent pel qual genera un senyal que alerta de la presència d’hidrogen.

Més info a http://www.dicat.csic.es/rdcsic/rdfi30cat.htm

Musclos que utilitzen l’hidrogen com a font d’energia

Coneixem les interessants línies de recerca al voltant de molècules orgàniques contingudes en éssers que viuen en condicions extremes, a les profunditats oceàniques, com a potencials principis actius de fàrmacs. De la mateixa manera, sabem l’existència del mimetisme per part d’arquitectes i enginyers, per tal de desenvolupar i millorar estructures (com per exemple d’avions). I és que des de temps immemorials, la natura ha estat la font d’inspiració per a la ciència i la tècnica. El mateix Dalí es va basar en el que el rodejava per a dissenyar aquelles meravelloses estructures.

La revista Nature de fa dues setmanes (la de l’11 d’agost; número 7359) tenia en portada el dibuix d’uns musclos marins amb motiu d’un descobriment fet per l’Institut Max Planck de Microbiologia Marina de Bremen, el qual ha revelat que musclos que viuen a grans profunditats, prop de les fumaroles hidrotermals del fons oceànic (Article publicat a Nature: Hydrogen is an energy source for hydrothermal vent symbioses), són capaços de transformar l’hidrogen del medi en energia.

Prop de els fumaroles hidrotermals, a 3000 metres de profunditat, conviuen excepcionals comunitats simbiòtiques. © MARUM

S’ha descobert que aquests musclos, Bathymodiolus puteoserpentis, de les fumaroles hidrotermals de la dorsal mesoatlàntica, estan associats a uns simbions microbians que poden utilitzar l’hidrogen del medi com a important font d’energia.

Per tant, estem parlant d’uns éssers que han evolucionat per transformar eficientment l’hidrogen del medi en energia i (encara ho trobo més interessant) emmagatzemar l’energia generada a les seves pròpies “piles de combustible”. Segons els investigadors, aquest procés natural genera entre 7 i 18 vegades més energia que procesos sintètics avançats de l’actualitat.

Els llits de musclos a les fumaroles hidrotermals, formen extensions que contenen fins a mig milió d'individus. © MARUM

Aquest descobriment ens obre les portes  a una nova línia de recerca que podria produir unitats d’emmagatzematge i processament d’hidrogen de forma eficient i barata.

Mentrestant, el món sencer (recerca de la comunitat científica, tècnics, economistes,…) està barrinant la manera de substituir els combustibles fòssils. L’hidrogen és un dels candidats, però encara no sabem el com.

Cal ésser curiosos i observar el que ens envolta. Encara hem d’aprendre moltes coses de la natura.

Fonts d’informació:

Grafè; el futur de l’emmagatzematge d’energia?

El carboni, base de tota la vida coneguda a la terra, ens ha tornat a sorprendre.

L’Acadèmia Sueca de les Ciències, amb els anteriors mots, el passat octubre de 2010 va anunciar que els guardonats amb el Premi Nobel de Física 2010 serien Andre Geim i Konstantin Novoselov pels seus reeixits estudis en un nou material bidimensional, el grafè.

Investigadors d’arreu ens vàrem sentir atrets pel descobriment i pel nou material, sobretot pel senzill i, alhora, genial mètode d’obtenció que varen seguir els guardonats. L’exfoliació de les capes de carbonis d’una peça de grafit amb un tall de cinta adhesiva… procediment de pel·lícula.

En diverses ocasions hem parlat del garfè al bloc PepQuímic i avui tornem a fer-ho mirant-lo des del punt de vista d’un dels grans reptes sobre els quals la química i la tècnica haurà de respondre els propers anys. Concretament parlem del gran repte energètic.

Llegeixo una entrada al bloc NeoFronteras que em porta a conèixer un recent article publicat a Nano letters (Nano Lett., 2011, 11 (7), pp 2644–2647), titulat Graphene-Wrapped Sulfur Particles as a Rechargeable Lithium–Sulfur Battery Cathode Material with High Capacity and Cycling Stability.

Els autors d’aquest article (investigadors de la Stanford University) ens preseneten una bateria de liti millorada amb sofre i grafè. En aquestes bateries trobem el càtode format per grafè i sofre, mentre que l’ànode està fet de silici.

Per altra banda, al bloc també descobreixo la recerca d’investigadors de la Monash University, basada en la utilització del grafè i l’aigua per a obtenir un condensador per a emmagatzemar energia elèctrica. Es tracta de fer servir l’aigua com a medi per evitar que diverses capes de grafè s’enllacin entre elles per formar grafit (al·lòtrop més estable del carboni que no pas el grafè) i, aquesta espècie de gel de grafè, és un bon material per a emmagatzemar electricitat. D’aquesta manera s’aconsegueix un emmagatzematge d’energia com el que obtenim amb les bateries de liti convencionals amb l’avantatge afegit de la més gran velocitat de càrrega i la, gairebé il·limitada, vida del sistema.

Es tracta d’un tema que m’interessa molt ja que passaré els propers 3 anys de la meva vida desenvolupant una recerca al voltant de l’emmagatzematge d’hidrogen, tema central de la meva Tesi Doctoral al Departament de Química de la Universitat de Girona.

Emmagatzematge geològic del CO2 i compressió d’H2 sòlid. La Química de les energies renovables

Davant del preocupant panorama de la contaminació atmosfèrica per la crema de combustibles fòssils i l’esgotament dels mateixos, acabo de descobrir un interessant i divertit vídeo a Chemistry blog. El qual ens mostra una forma de capturar el CO2,en comptes d’alliberar-lo a l’atmosfera, enterrar-lo sota terra i reconvertint-lo en roca carbonatada.

Aquest vídeo ha estat creat en motiu del primer Science for Our Nation’s Energy Future: Energy Frontier Research Centers Summit & Forum, que tindrà lloc el proper 25 de maig de 2011 organitzat pel U.S. Department of Energy’s (DOE).

El “U.S. Department of Energy’s (DOE) Office of Basic Energy Sciences” està treballant en la cerca d’energies renovables i en la captura del CO2 atmosfèric provinent de la crema dels combustibles fòssils, a escala molecular.

Com dèiem, d’aquí un parell de setmanes tindrà lloc aquest fòrum organitzat pel DOE. Els organitzadors han convidat als Centres de recerca participants (Energy Frontier Research Centers (EFRC)) a produir un vídeo de menys de 3 minuts de durada amb l’objectiu de divulgar l’escència del fòrum a les persones no expertes en el tema. S’han  presentat 26 vídeos i la organització te temps fins el proper 24 de maig per escollir el guanyador, que podrem veure al canal de Youtube del DOE i al web de Science for Our Nation’s Energy Future. Podeu veure tots els 26 vídeos presentats i votar pel vostre preferit a  http://www.energyfrontier.us/videos.

Mirant els vídeos presentats, n’he trobat un altre d’interessant per la seva aproximació a la recerca en química teòrica que desenvolupo a l’Institut de Química Computacional (IQC) de la Universitat de Girona, sobre l’emmagatzematge d’hidrogen.