Un nuevo catalizador acelera la liberación de hidrógeno a partir de amoníaco
Un proyecto de cooperación pretende facilitar la importación de energía producida de forma sostenible
Probablemente, Alemania sólo pueda satisfacer su demanda de hidrógeno respetuoso con el clima mediante importaciones, por ejemplo de Sudamérica o Australia. Para ese transporte de larga distancia, el hidrógeno puede convertirse, por ejemplo, en amoníaco. Para facilitar la liberación posterior del hidrógeno, investigadores del Instituto de Química Inorgánica de la Universidad de Kiel (CAU) y sus socios colaboradores han desarrollado un catalizador más activo y rentable. Los resultados se obtuvieron en el marco del proyecto emblemático del hidrógeno TransHyDE, financiado por el Ministerio Federal de Educación e Investigación alemán (BMBF), y se han publicado recientemente en la revista Nature Communications.
La capacidad de almacenar la energía eólica o solar desempeña un papel fundamental en la transición energética. "Almacenar energía en forma de compuestos químicos como el hidrógeno tiene muchas ventajas. La densidad energética es alta y la industria química también necesita hidrógeno para muchos procesos", afirma Malte Behrens, catedrático de Química Inorgánica de la Universidad de Kiel. Además, el "hidrógeno verde" puede producirse por electrólisis utilizando electricidad procedente de fuentes de energía renovables sin producir CO2.
Ya existe infraestructura para el amoníaco
Pero transportar hidrógeno directamente desde regiones donde la energía eólica y solar son baratas no es fácil. Una alternativa interesante es la conversión química en amoníaco. El propio amoníaco contiene una cantidad relativamente alta de hidrógeno, y ya existe una infraestructura bien desarrollada para su transporte ultramarino. "El amoníaco puede licuarse fácilmente para su transporte, ya se produce a escala de megatones y se envía y comercializa en todo el mundo", afirma el Dr. Shilong Chen, director del subproyecto de Kiel del proyecto TransHyDE "AmmoRef". Los dos científicos del área de investigación prioritaria del CAU, KiNSIS (Kiel Nano, Surface and Interface Science), colaboran con colegas de Berlín, Essen, Karlsruhe y Mülheim/Ruhr. Juntos investigan cómo puede liberarse catalíticamente el hidrógeno del amoníaco tras su transporte. Su nuevo catalizador acelera considerablemente esta reacción.
AmmoRef es uno de los diez proyectos TransHyDE financiados por el BMBF. Científicos de un total de ocho instituciones trabajan en diversos subproyectos para mejorar las tecnologías de transporte de hidrógeno. Los resultados se incorporarán a las recomendaciones para la infraestructura nacional del hidrógeno.
Un catalizador muy activo gracias a la combinación de metales
"Un catalizador acelera una reacción química y, por tanto, es directamente responsable de la eficacia de los procesos químicos y de la conversión de energía", explica Behrens. Cuanto más rápido se produzca el proceso de reformado del amoníaco, menores serán las pérdidas de conversión causadas por el almacenamiento químico del hidrógeno en el amoníaco. "Nuestro catalizador tiene dos características especiales", dice Chen. "En primer lugar, está hecho de los metales básicos relativamente baratos hierro y cobalto. En segundo lugar, hemos desarrollado un proceso de síntesis especial que permite una carga metálica muy alta de este catalizador." Hasta el 74% del material está formado por nanopartículas metálicas activas, que se disponen entre partículas de soporte de manera que se forman cavidades a escala nanométrica con el aspecto de una nanoesponja metálica porosa. "La combinación de los dos metales en una aleación también es crucial", explica Behrens. Por separado, ambos metales son menos activos catalíticamente. La combinación crea superficies bimetálicas muy activas con propiedades que, de otro modo, sólo se conocen de metales preciosos mucho más caros.
"Seguiremos investigando este catalizador en el consorcio AmmoRef, en el que también participan empresas industriales, y lo trasladaremos de la investigación básica a la aplicación", dice Behrens al anunciar los próximos pasos. Para ello, el equipo de Kiel trabajará ahora en la ampliación de la síntesis.
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Publicación original
Shilong Chen, Jelena Jelic, Denise Rein, Sharif Najafishirtari, Franz-Philipp Schmidt, Frank Girgsdies, Liqun Kang, Aleksandra Wandzilak, Anna Rabe, Dmitry E. Doronkin, Jihao Wang, Klaus Friedel Ortega, Serena DeBeer, Jan-Dierk Grunwaldt, Robert Schlögl, Thomas Lunkenbein, Felix Studt, Malte Behrens; "Highly loaded bimetallic iron-cobalt catalysts for hydrogen release from ammonia"; Nature Communications, Volume 15, 2024-1-29
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