Un nuevo catalizador podría proporcionar combustible de hidrógeno líquido en el futuro

Los investigadores están desarrollando un sistema de combustible para automóviles basado en hidrógeno sin emisiones de gases de efecto invernadero, utilizando un líquido convertido mediante un catalizador. Este método, que aún está en investigación, enfrenta desafíos como la durabilidad del catalizador y el respeto al medio ambiente de la producción de hidrógeno, lo que pone de relieve la necesidad de apoyo político a las energías renovables.

Investigadores de la Universidad de Lund en Suecia han desarrollado un innovador sistema de combustible para automóviles que funciona de forma circular, reduciendo las emisiones de gases de efecto invernadero. Este sistema utiliza un líquido único que, cuando se combina con un catalizador sólido, se convierte en combustible de hidrógeno para el vehículo. Después de su uso, el líquido gastado se retira del tanque del vehículo y se recarga con hidrógeno, dejándolo listo para su reutilización. Este proceso forma un sistema de circuito cerrado que reduce significativamente el impacto ambiental.

En dos artículos de investigación, los investigadores de Lund demostraron que este método funciona y, aunque sigue siendo una investigación básica, tiene el potencial de convertirse en un sistema eficaz de almacenamiento de energía en el futuro.

«Nuestro catalizador es uno de los más eficaces, al menos si nos fijamos en la investigación disponible públicamente», afirma Ola Wendt, profesora del Departamento de Química de la Universidad de Lund y uno de los autores.

Abordar el impacto climático y explorar el gas hidrógeno

Encontrar formas alternativas de producir, almacenar y convertir energía para reducir las emisiones de dióxido de carbono procedentes de los combustibles fósiles es esencial para reducir el impacto sobre el clima. Un método implica utilizar el tan comentado gas hidrógeno, que muchos ven como una solución futura para el almacenamiento de energía. La naturaleza almacena energía en enlaces químicos y el hidrógeno tiene la mayor densidad de energía en relación con su peso.

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«Sin embargo, el gas puede ser difícil de manejar, por lo que estamos estudiando combustibles líquidos cargados de hidrógeno que puedan entregarse en el surtidor, de una manera muy similar a lo que ocurre hoy en las gasolineras», afirma Ola Wendt.

Este concepto se conoce como LOHC (portadores líquidos de hidrógeno orgánico) y no es nuevo como tal. El desafío es encontrar el catalizador más eficiente posible que pueda extraer hidrógeno de un líquido.

El sistema está destinado a funcionar utilizando un fluido “cargado” de hidrógeno. El líquido se bombea a través de un catalizador sólido que extrae el hidrógeno. Esto podría usarse en una celda de combustible, que convierte el combustible químico en electricidad, mientras el líquido «gastado» se mueve a otro tanque. La única emisión es agua.

Reabastecimiento de combustible y producción a gran escala.

Luego, el líquido gastado se puede vaciar en una estación de servicio antes de repostar con un nuevo líquido cargado. Esto puede significar producir esta sustancia a gran escala, en comparación con las refinerías de petróleo actuales.

«Hemos convertido más del 99 % del hidrógeno gaseoso en líquido», afirma Ola Wendt.

Los investigadores también están calculando si el combustible podría utilizarse para vehículos más grandes, como autobuses, camiones y aviones.

«Gracias a sus depósitos más grandes, es posible recorrer casi la misma distancia que con un depósito de diésel. Además, se puede convertir alrededor de un 50 por ciento más de energía en comparación con el hidrógeno comprimido», afirma Ola Wendt.

Componentes y desafíos

Los líquidos utilizados son isopropanol (un ingrediente común en el lavado de pantallas) y 4-metilpiperidina.

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¿Suena esto demasiado bueno para ser verdad? Sí, al menos por ahora, persisten varios desafíos. La primera es que la vida del catalizador es bastante limitada. La otra razón es que el iridio, en el que se basa el catalizador, es un metal precioso.

«Pero calculamos que se necesitan unos dos gramos de iridio por coche. Esto se puede comparar con los convertidores catalíticos que se utilizan hoy en día para limpiar los gases de escape, que contienen unos tres gramos de platino, paladio y rodio, que también son metales preciosos».

Esta es una solución técnica basada en la investigación básica. Si se decide optar por un producto terminado, Ola Wendt cree que el concepto podría estar listo en diez años, siempre que sea económicamente viable y haya interés por parte de la comunidad.

Otro problema es cómo producir hidrógeno, ya que la mayor parte de la producción actual no es respetuosa con el clima. A continuación, el hidrógeno debe almacenarse y transportarse de manera eficiente, lo que hoy en día no es tan sencillo. También existen riesgos al repostar con hidrógeno comprimido. Los investigadores de Lund esperan resolver este problema con su método.

«El noventa y ocho por ciento del hidrógeno actual se basa en combustibles fósiles y se produce a partir de gas natural. El subproducto es el dióxido de carbono. Desde un punto de vista medioambiental, la idea de producir hidrógeno para acero, baterías y combustibles no tiene sentido si «Se utiliza gas natural», afirma Ola Wendt. «, pero explica que se están realizando muchas investigaciones sobre cómo «volverse ecológico». El «hidrógeno» se puede producir dividiendo el agua en hidrógeno y oxígeno con la ayuda de energía renovable.

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Al mismo tiempo, Ola Wendt cree que se necesitan decisiones políticas para que las alternativas renovables y respetuosas con el clima puedan afianzarse adecuadamente.

«Tiene que ser más barato y requiere decisiones políticas. Las energías renovables no tienen ninguna posibilidad de competir con algo que simplemente se extrae de la tierra, donde el transporte es casi el único costo, como es el caso de los combustibles fósiles».

Referencias: “Deshidrogenación inaceptable de 4-metilpiperidina mediante catalizadores de iridio unidos con pinzas en flujo continuo” por Kaushik Chakrabarty, Alice Spangenberg, Vasudevan Subramanian, Andreas Hedderstedt, Omar Yousef Abdelaziz, Alexei F. Polokev, Rain Wallenberg, Christian B. Hultberg y I. F. Wendt, 27 de julio de 2023, Ciencia y tecnología de catálisis..
doi: 10.1039/D3CY00881A

“Deshidrogenación catalizada por iridio en un reactor de flujo continuo para la generación práctica de hidrógeno a bordo a partir de portadores de hidrógeno orgánico líquido” por Alexey V. Polukeev, Reine Wallenberg, Jens Uhlig, Christian P. Hulteberg y Ola F. Wendt, 9 de marzo de 2022, ChemSusChem.
doi: 10.1002/cssc.202200085

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