Un catalizador que divide el agua crea hidrógeno a baja temperatura
El nuevo método de producción de hidrógeno de los investigadores de Birmingham es más barato que los actuales
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Una investigación de la Universidad de Birmingham ha demostrado que un nuevo método de producción de hidrógeno a baja temperatura es adecuado tanto para la producción centralizada de hidrógeno como para la generación local a partir del calor residual de plantas industriales a gran escala.
Científicos dirigidos por el profesor Yulong Ding han demostrado que es posible reducir en 500oC la temperatura de la división termoquímica, en la que un catalizador divide el agua en hidrógeno y oxígeno, utilizando un catalizador de perovskita.
University of Birmingham
El hidrógeno es el elemento más abundante del universo y un vector energético limpio y respetuoso con el medio ambiente. A diferencia de los combustibles fósiles, que producen emisiones nocivas y dióxido de carbono, en su combustión sólo produce calor y agua, y también puede alimentar pilas de combustible que producen electricidad. Pero aunque el hidrógeno no emite carbono en el punto de uso, el 95% de la producción actual depende de combustibles fósiles.
La división termoquímica, en la que un catalizador divide el agua en hidrógeno y oxígeno, se perfila como un método prometedor para la producción de hidrógeno. Sin embargo, los catalizadores actuales dividen el agua a 700-1000oCy necesitan temperaturas de entre 1300 y 1500oCpara regenerarse entre ciclos de división del agua.
Científicos dirigidos por el profesor Yulong Ding, de la Escuela de Ingeniería Química de la Universidad, han demostrado que es posible reducir la temperatura en 500oCutilizando un catalizador de perovskita.
Su investigación, publicada en la revista International Journal of Hydrogen Energy, demuestra que el catalizador puede producir grandes cantidades de hidrógeno a temperaturas comprendidas entre 150 y500oC, y regenerarse a temperaturas de entre 700 y 1000oC.
En palabras del profesor Ding: "La menor temperatura global del proceso podría permitir producir hidrógeno en las proximidades de las centrales de generación de energías renovables, y sectores industriales básicos como el acero, el cemento, el vidrio y los productos químicos tienen abundante calor residual, que podría aprovecharse como aporte térmico para la producción de hidrógeno a baja temperatura. Si el hidrógeno se utiliza localmente, se superarían los obstáculos que presentan el almacenamiento y el transporte, lo que permitiría la asimilación del combustible de hidrógeno sin necesidad de costosas infraestructuras".
Un análisis provisional de competitividad de costes ha demostrado que la división del agua con el catalizador de perovskita puede producir hidrógeno a un coste inferior al del hidrógeno verde (producido a partir de agua por electrólisis) o al del hidrógeno azul (producido a partir de metano con captura y almacenamiento de carbono). La ventaja de costes fue más pronunciada en regiones con tarifas bajas para las energías renovables, como Australia.
La investigación se llevó a cabo en colaboración con la Universidad de Ciencia y Tecnología de Pekín (USTB) y está siendo comercializada en el Reino Unido y Europa por la Universidad de Birmingham. La empresa de la Universidad de Birmingham ha presentado una solicitud de patente sobre el uso de catalizadores BNCF para la separación de agua a baja temperatura y actualmente busca socios para desarrollar este prometedor método.
¿Por qué la separación termoquímica?
El hidrógeno es el elemento más abundante del universo, pero es relativamente raro encontrarlo en la Tierra en forma de hidrógeno gaseoso puro. Se encuentra principalmente unido a otras moléculas, sobre todo agua e hidrocarburos como el gas natural, que contiene principalmente metano, carbón o petróleo. Estas moléculas deben dividirse en sus partes constituyentes para producir hidrógeno.
El método más utilizado para producir hidrógeno consiste en dividir el metano mediante reformado con vapor. Esto representa casi la mitad del H2 producido hoy en día, pero produceCO2 como biproducto, lo que socava su potencial como fuente de energía libre de carbono, a menos que se combine con la captura y almacenamiento de carbono. La electrólisis es un método más ecológico de producir H2, pero compite con el hidrógeno más barato generado por la división del metano y, en consecuencia, sólo proporciona ~4% del H2 suministrado. Los métodos fotónicos utilizan la luz para impulsar la conversión química del agua en hidrógeno, pero están en sus inicios y se enfrentan a importantes retos en cuanto a eficiencia, escalabilidad y rentabilidad.
Sobre el catalizador de perovskita
Las perovskitas son materiales en forma de celosía que pueden absorber moléculas de oxígeno en su estructura y dividir las moléculas que contienen oxígeno en sus partes constituyentes.
Aunque existen muchas formas de perovskitas, los investigadores se centraron en las fabricadas con bario, niobio, calcio y hierro (perovskitas BNCF), que son fáciles de obtener y no requieren síntesis complejas ni contienen ingredientes tóxicos.
Su investigación demostró que una perovskita BNCF acepta oxígeno en sus estructuras a temperaturas sustancialmente más bajas de lo que se creía. Una perovskita denominada BNCF100 resultó ser la formulación óptima, y el estudio confirmó que el catalizador puede regenerarse a temperaturas más bajas que los actuales catalizadores de separación de agua, y conservar su capacidad de producir hidrógeno a lo largo de 10 ciclos de producción. La difracción de rayos X mostró escasos signos de cambio estructural en el catalizador.
En palabras del profesor Ding: "Nuestra investigación ha revelado un catalizador capaz de producir rendimientos sustanciales de hidrógeno a temperaturas relativamente bajas, y un estudio tecnoeconómico preliminar demuestra que es rentable en comparación con las vías azul y verde establecidas para la producción de hidrógeno".
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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