A medida que el mundo avanza hacia el logro de los objetivos de cero emisiones netas, el combustible de hidrógeno se ha convertido en una de las alternativas para promover esta transición lejos de los combustibles fósiles .
En ese sentido, un estudio realizado por un equipo de investigadores de la Universidad de Lund en Suecia propuso un combustible para automóviles hecho de un líquido convertido en hidrógeno mediante un catalizador sólido. Luego, el fluido desperdiciado se evacua del tanque y se carga con hidrógeno, después de lo cual puede reutilizarse en un sistema circular de cero emisiones.
El gas hidrógeno tiene una alta relación densidad de energía-peso de 33 kWh/kg (en comparación con los 13 kWh/kg de la gasolina y los 0,25 kWh/kg de las baterías de iones de litio, razón por la cual los automóviles eléctricos tienen una autonomía restringida).
Sin embargo, el hidrógeno es un gas con una densidad volumétrica extraordinariamente baja en condiciones atmosféricas, por lo que no es fácil de almacenar. Según el equipo, encontrar nuevos métodos de creación, almacenamiento y conversión de energía para minimizar las emisiones de dióxido de carbono procedentes de los combustibles fósiles es fundamental para mitigar el cambio climático.
Catalizador eficiente
Se ha propuesto que el hidrógeno se almacene en material líquido para mantener las importantes ventajas de los combustibles líquidos como la gasolina y el diésel, como la relativa seguridad, el rápido reabastecimiento de combustible, la alta densidad energética y la compatibilidad con la infraestructura actual. Estos portadores de hidrógeno orgánico líquido (LOHC) deben fluir a través de un reactor catalítico, que libera hidrógeno y lo transporta a una pila de combustible.
Desde que existe el concepto de LOHC, el desafío que tenía ante sí el equipo era diseñar el catalizador más eficiente para extraer hidrógeno de un líquido. Su diseño es para funcionar con un líquido que ha sido «cargado» de hidrógeno. Los líquidos utilizados son isopropanol (un ingrediente común en los limpiadores de pantalla) y 4-metilpiperidina, pasados a través de un catalizador sólido (complejo de pinza de iridio heterogenizado) que extrae hidrógeno. Esto luego se puede utilizar en una celda de combustible, transformando el combustible químico en energía mientras el líquido «gastado» se transfiere a otro tanque. El agua es la única emisión en este proceso.
Después de eso, el líquido desperdiciado puede descargarse en una estación de servicio antes de repostarlo con líquido nuevo cargado. Lo más probable es que esto implique una fabricación a gran escala del material, a una escala similar a la de las refinerías de petróleo actuales. «Convertimos más del 99 por ciento del gas hidrógeno que estaba presente en el líquido», dijo en un comunicado Ola Wendt, profesora del Departamento de Química de la Universidad de Lund y coautora del estudio .
Uso en vehículos más grandes.
Los investigadores también han calculado si el combustible se puede utilizar en vehículos de mayor tamaño, como autobuses, camiones y aviones. El equipo estimó que con los tanques más grandes que tienen, estos vehículos podrían recorrer casi la misma distancia que un tanque de diésel. También puede ayudar a convertir alrededor de un 50 por ciento más de energía que el hidrógeno comprimido.
Sin embargo, aún quedan algunos desafíos. Una es que el catalizador tiene una vida útil relativamente corta. Otra consideración es que el metal básico del catalizador, el iridio, es valioso. Sin embargo, los investigadores estiman que la cantidad necesaria sería de unos dos gramos de iridio por coche. La cantidad «podría compararse con los catalizadores de limpieza de gases de escape actuales, que contienen aproximadamente tres gramos de platino, paladio y rodio, que también son metales preciosos», afirmó Wendt.
El equipo también espera que se produzca más “hidrógeno verde” al dividir el agua con la ayuda de energía renovable. El uso de dicho hidrógeno hará que el proceso sea realmente más respetuoso con el clima. Por el contrario, se estima que el 98 por ciento de todo el hidrógeno producido actualmente es de origen fósil, derivado del gas natural. El resultado es dióxido de carbono.
Según el equipo, el método propuesto es sólo una solución técnica basada en una investigación fundamental. Si se opta por un producto completo, Wendt cree que el concepto podría estar listo en 10 años si es comercialmente viable y hay suficiente interés por parte de la sociedad.
El estudio se publica en la revista Chemistry Europe .
Abstracto
Para permitir el uso a gran escala de pilas de combustible de hidrógeno para aplicaciones de movilidad, se requieren métodos convenientes para el almacenamiento y liberación de hidrógeno a bordo. Un enfoque prometedor son los portadores de hidrógeno orgánico líquido (LOHC), ya que son seguros, están disponibles a gran escala y son compatibles con la infraestructura de reabastecimiento de combustible existente. Normalmente, la deshidrogenación LOHC se lleva a cabo en reactores de tipo discontinuo mediante metales de transición y sus complejos y adolece de una cinética de liberación de H2 lenta y/o incapacidad para alcanzar una alta densidad de energía en peso, debido a la baja conversión o a la necesidad de diluir la mezcla de reacción. En este estudio, se utiliza un reactor de flujo continuo en combinación con un complejo de pinza de iridio heterogeneizado, lo que permite un enorme aumento en las tasas de deshidrogenación de LOHC. Por lo tanto, la deshidrogenación de isopropanol se realiza en un régimen que, en términos de densidad de energía gravimétrica, tasa de generación de hidrógeno y contenido de metales preciosos, es potencialmente compatible con aplicaciones en un automóvil propulsado por celdas de combustible.
