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TECNOLOGÍA. Un avance tecnológico permite la conversión perfecta de amoníaco en hidrógeno verde

 


Los investigadores de la Universidad Northwestern han desarrollado un método altamente eficaz y respetuoso con el medio ambiente para convertir el amoníaco en hidrógeno. Resumida en una publicación reciente en la revista  Joule , la nueva técnica es un gran paso adelante para permitir una economía de cero contaminación, impulsada por hidrógeno.

La idea de usar amoníaco (NH3) como portador para la entrega de hidrógeno ha ganado fuerza en los últimos años porque el amoníaco es mucho más fácil de licuar que el hidrógeno y, por lo tanto, es mucho más fácil de almacenar y transportar. El avance tecnológico de Northwestern supera varias barreras existentes para la producción de hidrógeno limpio a partir de amoníaco.

"La pesadilla de las pilas de combustible de hidrógeno ha sido la falta de infraestructura de distribución", dijo Sossina Haile, autora principal del estudio. “Es difícil y caro transportar hidrógeno, pero ya existe un extenso sistema de suministro de amoníaco. Hay oleoductos para ello. Entregamos una gran cantidad de amoníaco en todo el mundo como fertilizante. Si nos proporciona amoníaco, los sistemas electroquímicos que desarrollamos pueden convertir ese amoníaco en hidrógeno limpio listo para la pila de combustible en el lugar a cualquier escala ". 

En el estudio, Haile y su equipo de investigación informan que pueden realizar la conversión de amoníaco a hidrógeno utilizando electricidad renovable en lugar de energía térmica de combustibles fósiles porque el proceso funciona a temperaturas mucho más bajas que los métodos tradicionales (250 grados Celsius en lugar de 500 a 600 grados Celsius). 

En segundo lugar, la nueva técnica genera hidrógeno puro que no necesita separarse del amoníaco u otros productos sin reaccionar. En tercer lugar, el proceso es eficiente porque toda la corriente eléctrica suministrada al dispositivo produce directamente hidrógeno, sin pérdida por reacciones parasitarias. Como ventaja adicional, debido a que el hidrógeno producido es puro, se puede presurizar directamente para un almacenamiento de alta densidad simplemente aumentando la potencia eléctrica.

Para lograr la conversión, los investigadores construyeron una celda electroquímica única con una membrana conductora de protones y la integraron con un catalizador de división de amoníaco.

CÓMO FUNCIONA

El amoníaco se encuentra primero con el catalizador que lo divide en nitrógeno e hidrógeno. Ese hidrógeno se convierte inmediatamente en protones, que luego son impulsados ​​eléctricamente a través de la membrana conductora de protones en una celda electroquímica. Al extraer continuamente el hidrógeno, se impulsa una reacción basada en el principio de Le ChatelierAl eliminar uno de los productos de la reacción de división del amoníaco, a saber, el hidrógeno, impulsamos la reacción más allá de lo que el catalizador de división del amoníaco puede hacer solo.

El hidrógeno generado por la división del amoníaco se puede utilizar en una pila de combustible. Al igual que las baterías, las pilas de combustible producen energía eléctrica convirtiendo la energía producida por reacciones químicas. A diferencia de las baterías, las pilas de combustible pueden producir electricidad siempre que se suministre combustible, sin perder nunca su carga. 

El hidrógeno es un combustible limpio que, cuando se consume en una celda de combustible, produce agua como único subproducto. Esto contrasta con los combustibles fósiles, que producen gases de efecto invernadero que influyen en el calentamiento global del planeta y el clima, tales como el dióxido de carbono, metano y óxido nitroso .

Los investigadores creen que la nueva tecnología podría ser especialmente transformadora en el sector del transporte. En 2018, el movimiento de personas y mercancías en automóviles, camiones, trenes, barcos, aviones y otros vehículos representó el 28% de las emisiones de gases de efecto invernadero en los EE.UU., más que cualquier otro sector económico, según la Agencia de Protección Ambiental (EPA).

"Los vehículos que funcionan con baterías son excelentes, pero ciertamente hay una limitación de autonomía y suministro de material", dijo Haile. “Convertir amoníaco en hidrógeno en el lugar y de manera distribuida le permitiría conducir hasta una estación de servicio y obtener hidrógeno presurizado para su automóvil. También hay un creciente interés por las pilas de combustible de hidrógeno para la industria de la aviación porque las baterías son muy pesadas".

Fuente: “Solid Acid Electrochemical Cell for the Production of Hydrogen from Ammonia” by Dae-Kwang Lim, Austin B. Plymill, Haemin Paik, Xin Qian, Strahinja Zecevic, Calum R.I. Chisholm and Sossina M. Haile, 3 November 2020, JouleDOI: 10.1016/j.joule.2020.10.006

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