Resuelven un gran problema del hidrógeno: su transporte, almacenamiento y recuperación

 

Un equipo de investigadores del Centro RIKEN para la Ciencia de la Materia Emergente (CEMS) de Japón ha descubierto la manera de almacenar y recuperar hidrógeno utilizando amoníaco.

El hidrógeno es una alternativa energética para muchos sectores, tanto si es utilizado como combustible directamente como si se emplea en una celda de combustible para generar energía. En el caso del transporte electrificado, el hidrógeno se considera una opción a explotar. El Parlamento Europeo, además de aprobar una serie de medidas para ampliar el número de puntos de carga y la potencia de los mismos, ha decidido incluir el hidrógeno como alternativa, mejorando la red de hidrogeneras. En el año 2031 se espera disponer de una estación de servicio cada 200 kilómetros en todas las carreteras principales de la Unión Europea.

En cualquier caso, uno de los grandes hándicaps es su transporte, el almacenamiento y la posterior recuperación. Para poder aprovechar las ventajas del hidrógeno, es preciso encontrar una forma segura de almacenarlo y transportarlo ya que en sí mismo es altamente combustible. Una forma de hacerlo es almacenarlo como parte de otra molécula y extraerlo según sea necesario.

El amoníaco, cuya fórmula química es NH3, es un buen portador de hidrógeno. Cada molécula contiene tres átomos de hidrógeno y casi el 20% del amoníaco es hidrógeno en peso. El problema es que es un gas altamente corrosivo, lo que dificulta su almacenamiento y uso. Generalmente, se almacena licuándolo a temperaturas muy por debajo del punto de congelación en recipientes resistentes a la presión. Los compuestos porosos también pueden albergar amoníaco a temperatura y presión ambiente. Sin embargo, la capacidad de almacenamiento es baja y el amoníaco no siempre se puede recuperar fácilmente.

El nuevo estudio informa sobre el descubrimiento de un nuevo compuesto que usa una reacción química para almacenar amoníaco de manera más fácil y segura, brindando también la posibilidad de hacerlo con el hidrógeno que se transporta. Se trata de una perovskita, un material con una estructura cristalina repetitiva distintiva, que puede acopiar fácilmente amoníaco y también permite una recuperación fácil y completa a temperaturas relativamente bajas.

Este hallazgo de los investigadores del Centro RIKEN para la Ciencia de la Materia Emergente (CEMS) en Japón "debería ayudar a liderar el camino hacia una sociedad descarbonizada con una economía de hidrógeno práctica", según afirman en un artículo publicado en el Journal of the American Chemical Society.

El equipo de investigación dirigido por Masuki Kawamoto en RIKEN CEMS se centró en el yoduro de plomo y el etilamonio de perovskita (EAPbI3), escrito químicamente como CH3CH2NH3PbI3. Descubrieron que su estructura columnar unidimensional sufre una reacción química con amoníaco a temperatura y presión ambiente y se transforma dinámicamente en una estructura en capas bidimensional llamada hidróxido de yoduro de plomo, o Pb(OH)I.

Como resultado de este proceso, el amoníaco se almacena dentro de la estructura en capas a través de la conversión química. Por lo tanto, EAPbI3 puede almacenar de manera segura el gas amoníaco corrosivo como un compuesto de nitrógeno en un proceso que es mucho más económico que la licuefacción a -33°C en contenedores presurizados. Aún más importante, el proceso para recuperar el amoníaco almacenado es igual de simple.

"Para nuestra sorpresa, el amoníaco almacenado en yoduro de plomo y etilamonio podía extraerse fácilmente calentándolo suavemente", dice Kawamoto. El compuesto de nitrógeno almacenado sufre una reacción inversa a 50°C al vacío y vuelve a convertirse en amoníaco. Esta temperatura es mucho más baja que los 150°C o más que se necesitan para extraer amoníaco de compuestos porosos, lo que hace que el EAPbI3 sea un medio excelente para manejar gases corrosivos en un proceso simple y rentable.

Además, después de volver a la estructura columnar unidimensional, la perovskita se puede reutilizar, lo que permite que el amoníaco se almacene y extraiga repetidamente. Una ventaja adicional es que el compuesto normalmente amarillo se volvió blanco después de la reacción. Según Kawamoto, "la capacidad del compuesto para cambiar de color cuando se almacena amoníaco significa que se pueden desarrollar sensores de amoníaco basados en colores para determinar la cantidad almacenada".

El nuevo método de almacenamiento tiene varios usos. A corto plazo, los investigadores han desarrollado un método seguro para guardar amoníaco, que ya tiene múltiples usos en la sociedad, desde fertilizantes hasta productos farmacéuticos y textiles. "A largo plazo", dice el coautor Yoshihiro Ito de RIKEN CEMS, "esperamos que este método simple y eficiente pueda ser parte de la solución para lograr una sociedad descarbonizada mediante el uso de amoníaco como transportador de hidrógeno libre de carbono".

Font, article de "Híbridos y eléctricos"