Rompiendo el amoníaco: Un nuevo catalizador para generar hidrógeno a partir de amoníaco a bajas temperaturas
Producción de hidrógeno a partir de amoníaco con un catalizador de níquel de última generación
La actual emergencia climática mundial y la rápida disminución de nuestros recursos energéticos hacen que la gente busque alternativas más limpias, como el combustible de hidrógeno. Cuando se quema en presencia de oxígeno, el gas hidrógeno genera enormes cantidades de energía, pero sin los dañinos gases de efecto invernadero, a diferencia de los combustibles fósiles. Desgraciadamente, la mayor parte del hidrógeno que se produce hoy en día procede del gas natural o de los combustibles fósiles, lo que acaba aumentando su huella de carbono.
Tokyo Tech
El amoníaco (NH3), un compuesto de hidrógeno neutro en carbono, ha acaparado recientemente mucha atención por su alta densidad energética y su gran capacidad de almacenamiento de hidrógeno. Puede descomponerse para liberar gases de nitrógeno e hidrógeno. El amoníaco puede ser fácilmente licuado, almacenado y transportado, y convertido en combustible de hidrógeno cuando sea necesario. Sin embargo, la producción de hidrógeno a partir del amoníaco es una reacción lenta con una demanda energética muy elevada. Para acelerar la producción, se suelen utilizar catalizadores metálicos, que ayudan a reducir también el consumo total de energía durante la producción de hidrógeno.
Estudios recientes han descubierto que el níquel (Ni) es un catalizador prometedor para dividir el amoníaco. El amoníaco se adsorbe en la superficie de los catalizadores de Ni, tras lo cual se rompen los enlaces entre el nitrógeno y el hidrógeno del amoníaco y se liberan como gases individuales. Sin embargo, la obtención de una buena conversión del amoníaco utilizando un catalizador de Ni suele implicar temperaturas de funcionamiento muy elevadas.
En un estudio reciente publicado en ACS Catalysis, un equipo de investigadores de la Universidad Tecnológica de Tokio dirigido por el profesor asociado Masaaki Kitano describió una solución para superar los problemas a los que se enfrentan los catalizadores basados en Ni. Desarrollaron un catalizador de Ni con soporte de imida de calcio (CaNH) de última generación que puede lograr una buena conversión de amoníaco a temperaturas de funcionamiento más bajas. El Dr. Kitano explica: "Nuestro objetivo era desarrollar un catalizador altamente activo que fuera energéticamente eficiente. La adición de la imida metálica al sistema catalizador no sólo mejoró su actividad catalítica, sino que también nos ayudó a desentrañar el esquivo mecanismo de funcionamiento de tales sistemas".
El equipo descubrió que la presencia de CaNH daba lugar a la formación de vacantes de NH2 (VNH) en la superficie del catalizador. Estas especies activas dieron lugar a la mejora del rendimiento catalítico del Ni/CaNH a temperaturas de reacción 100 °C inferiores a las necesarias para el funcionamiento de los catalizadores basados en el Ni. Los investigadores también desarrollaron modelos computacionales y realizaron un etiquetado isotópico para entender lo que ocurre en la superficie del catalizador. Los cálculos propusieron un mecanismo Mars-van Krevelen que implicaba la adsorción de amoníaco en la superficie del CaNH, su activación en los sitios de vacantes de NH2- , la formación de nitrógeno e hidrógeno gaseoso y, finalmente, la regeneración de los sitios de vacantes promovida por las nanopartículas de Ni.
El catalizador Ni/CaNH, muy activo y duradero, puede utilizarse con éxito para la generación de hidrógeno gaseoso a partir de amoníaco. Además, el conocimiento del mecanismo de catálisis que proporciona este estudio puede utilizarse para desarrollar una nueva generación de catalizadores. "Dado que todo el mundo está trabajando para construir un futuro sostenible, nuestra investigación pretende resolver los problemas que se presentan en el camino hacia una economía de combustible de hidrógeno más limpia", concluye el Dr. Kitano.
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