15.02.2022 - U.S. Department of Energy (DOE)

Un avance "bastante sencillo" hace más eficiente el acceso al hidrógeno almacenado

Un nuevo catalizador extrae el hidrógeno de los materiales de almacenamiento de hidrógeno con facilidad y eficacia

Un nuevo catalizador del Laboratorio Ames del Departamento de Energía de EE.UU. y sus colaboradores extrae el hidrógeno de los materiales de almacenamiento de hidrógeno de forma fácil y eficaz. El proceso tiene lugar a temperaturas suaves y en condiciones atmosféricas normales, sin utilizar metales ni aditivos. El avance ofrece una nueva y prometedora solución que aborda un antiguo reto para la adopción del combustible de hidrógeno para el transporte y otras aplicaciones.

El combustible de hidrógeno es una posible solución en el esfuerzo nacional por reducir la dependencia de los combustibles fósiles. Según el DOE, la mejora del almacenamiento de hidrógeno es clave para el avance de las tecnologías de pilas de combustible de hidrógeno. En el Laboratorio Ames, los científicos Long Qi y Wenyu Huang investigan la extracción de hidrógeno a partir de una clase de materiales denominados portadores orgánicos líquidos de hidrógeno, o LOHC.

Una de las formas de almacenar el hidrógeno es químicamente. El almacenamiento químico se basa en materiales que reaccionan con las moléculas de hidrógeno y las almacenan como átomos de hidrógeno, como en los LOHC. Este tipo de almacenamiento permite almacenar grandes cantidades de hidrógeno en pequeños volúmenes a temperatura ambiente. Sin embargo, para que el hidrógeno sea útil, se necesitan catalizadores para activar los LOHC y liberar el hidrógeno. Este proceso se denomina deshidrogenación.

Qi explicó que actualmente existen otros métodos de deshidrogenación, pero que plantean algunos problemas. Algunos métodos se basan en catalizadores metálicos, que implican metales críticos del grupo del platino. Los suministros de estos metales son limitados y caros. Otros métodos requieren aditivos para liberar el hidrógeno. Los aditivos no son reutilizables y suponen un mayor coste global porque hay que añadirlos en cada ciclo.

El catalizador desarrollado por Qi y Huang no requiere metales ni aditivos. "Es bastante sencillo", dijo Qi. "Básicamente, sólo hay que añadir el catalizador sin metales en el LOHC, y entonces el gas hidrógeno sale disparado, incluso a temperatura ambiente".

El catalizador está compuesto por nitrógeno y carbono. La clave de su eficacia es la estructura del nitrógeno. La actividad catalítica puede tener lugar a temperatura ambiente gracias a los singulares nitrógenos grafíticos estrechamente espaciados como ensamblaje de nitrógeno que se formaron durante el proceso de carbonización. El ensamblaje de nitrógeno cataliza la ruptura de los enlaces carbono-hidrógeno (C-H) en los LOHC y facilita la desorción de las moléculas de hidrógeno. Este proceso es lo que hace que el catalizador sea más eficaz que otros catalizadores en uso.

Qi y Huang explicaron que, según los objetivos del DOE para las tecnologías de los vehículos, la capacidad de almacenamiento de hidrógeno debe ser cercana al 6,5% en peso. Son optimistas sobre el futuro de su investigación para cumplir el objetivo con moléculas de mayor capacidad.

"Esta investigación tendrá un impacto positivo en el objetivo de reducir la emisión de dióxido de carbono", dijo Huang, "y tendremos que desarrollar sistemas catalíticos más eficientes".

En 2019, la industria del transporte representó el 29% de las emisiones totales de dióxido de carbono en EE.UU. Qi dijo que la facilidad y eficiencia de este proceso podría beneficiar a la industria del transporte en el futuro. Los beneficios provienen de la combinación del uso de LOHC y un catalizador como este. La combinación puede extraer el hidrógeno utilizable del almacenamiento a un coste menor y en condiciones más suaves que las tecnologías actuales. Una mayor densidad de hidrógeno puede proporcionar una mayor carga para las pilas de combustible de hidrógeno, que podrían proporcionar energía a los vehículos a mayores distancias.

Tanto Qi como Huang destacaron que esta investigación es un paso importante para apoyar la misión nacional de conseguir la neutralidad del carbono para 2050, al proporcionar una forma fácil y eficiente de deshidrogenar los LOHC.

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

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