Químicos reciclan residuos de gambas como catalizador para generar hidrógeno
El avance se produjo durante un experimento denominado "viernes por la tarde"
Desde 2020, el grupo de Catálisis Heterogénea y Química Sostenible del Instituto Van 't Hoff de Ciencias Moleculares de la UvA trabaja en el uso de sales de borohidruro de metales alcalinos como futuros portadores de hidrógeno. Estas sales sólidas pueden almacenarse de forma segura en el aire en condiciones ambientales y liberan hidrógeno gaseoso sólo cuando reaccionan con el agua. Sin embargo, es difícil controlar la liberación de hidrógeno y evitar reacciones incontroladas. Una solución consiste en estabilizar la solución con una base y controlar la liberación de hidrógeno mediante un catalizador. El equipo de la UVA, dirigido por el profesor Gadi Rothenberg, está desarrollando este tipo de catalizadores en colaboración con el Centro Austriaco de Tribología (AC2T) y la empresa Electriq Global.
El hidrógeno destruye las partículas del catalizador
Encontrar posibles catalizadores es fácil, pero no lo es conseguir que funcionen el tiempo suficiente para ser comercialmente viables. La combinación de un pH de reacción elevado y una liberación continua de burbujas de hidrógeno destruye los catalizadores tradicionales en pocos días. Por ejemplo, el equipo consiguió diseñar partículas catalizadoras con cobalto muy activas y selectivas. La alta actividad, sin embargo, da lugar a grandes volúmenes de hidrógeno que destruyen rápidamente las partículas.
El avance se produjo durante un experimento de los llamados "viernes por la tarde", cuando Jeffrey Jonk, estudiante de máster, y Fran Pope, estudiante de doctorado, decidieron intentar encapsular partículas de cobalto en esferas de quitosano. El quitosano es un polímero natural que puede producirse a partir de la quitina, principal componente de los exoesqueletos de insectos y los caparazones de crustáceos. Es un material biodegradable y biocompatible ampliamente disponible a escala de varias toneladas, producido sobre todo a partir de residuos de caparazones de gambas y cangrejos.
Los grupos amínicos recurrentes de la espina dorsal del quitosano lo hacen muy soluble en soluciones acuosas ácidas, pero poco soluble en las básicas. Por tanto, las esferas de quitosano pueden producirse con relativa facilidad dejando caer el quitosano líquido en una solución básica. Una propiedad crucial de las esferas de quitosano es su flexibilidad, que les permite expandirse durante la generación de hidrógeno. Así pueden "exhalar" las burbujas de hidrógeno sin romperse. Y como se fabrican con un pH elevado, la basicidad de la solución de borohidruro no plantea ningún problema.
Potencial en la vida real de los catalizadores basados en quitosano
El equipo probó los nuevos catalizadores en modo discontinuo y continuo, controlando las reacciones mediante la medición del flujo de hidrógeno generado. Unas pocas esferas del tamaño de un milímetro cargadas con un 7% de cobalto bastaron para generar 40 ml de hidrógeno por minuto en un reactor continuo durante dos días, lo que demuestra el potencial real de este nuevo catalizador.
Según Rothenberg, el trabajo subraya la importancia de la estabilidad del catalizador como foco de investigación. "Muchos trabajos se centran en la actividad y la selectividad, porque las revistas se han centrado en publicar resultados espectaculares", afirma. "Sin embargo, si nos fijamos en la industria química, ninguno de estos catalizadores "espectaculares" se utiliza en la práctica. La razón es que ejecutar una reacción con éxito durante unas horas, o incluso unos días, no significa nada para los procesos a gran escala. Un verdadero catalizador debe funcionar durante meses y años para ser económicamente viable. Aún no hemos llegado a ese punto".
El hidrógeno puede ser el vector energético del futuro, pero conlleva sus propios retos. Cuando se almacena como gas comprimido o en forma líquida, el hidrógeno molecular, H2, consume mucha energía. Esto es una ventaja en algunas aplicaciones, pero un problema de seguridad en otras. Para el almacenamiento a media escala y la liberación en instalaciones móviles, como grúas, barcos y generadores, son preferibles otros modos de almacenamiento de hidrógeno. Existen muchas formas de portadores de hidrógeno. Algunos ejemplos de gran capacidad de almacenamiento de hidrógeno son el amoníaco, el metanol y el ácido fórmico, entre otros. Sin embargo, cada uno tiene sus pros y sus contras. El metanol tiene una gran capacidad (12,5% en peso), pero la deshidrogenación requiere altas temperaturas y también puede emitir CO2. El amoníaco puede contaminar los flujos de H2 generados y es un gas tóxico en condiciones ambientales. Como alternativa, los borohidruros alcalinos pueden proporcionar una fuente segura de hidrógeno , uniéndolo químicamente como una sal sólida. Una reacción con el agua libera el hidrógeno, y el subproducto resultante, la sal de metaborato, puede reprocesarse y reutilizarse para el almacenamiento de hidrógeno.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
Publicación original
Más noticias del departamento ciencias
Reciba la química en su bandeja de entrada
No se pierda nada a partir de ahora: Nuestro boletín electrónico de química, análisis, laboratorio y tecnología de procesos le pone al día todos los martes y jueves. Las últimas noticias del sector, los productos más destacados y las innovaciones, de forma compacta y fácil de entender en su bandeja de entrada. Investigado por nosotros para que usted no tenga que hacerlo.
