Ingredientes sencillos para un sistema químico de almacenamiento de hidrógeno
Fácil de almacenar y transportar
Los investigadores siguen buscando la forma ideal de almacenar de forma segura y estable el hidrógeno, faro de esperanza para la transición energética. Investigadores del Instituto Leibniz de Catálisis de Rostock, LIKAT y la empresa H2APEX informan en el último número de NATURE COMMUNICATION de cómo se puede domesticar este gas volátil y combustible de forma segura y con "ingredientes" sencillos. Juntos han desarrollado un sistema catalizador homogéneo con el que pueden unir el hidrógeno (H2) al bicarbonato potásico y así almacenarlo químicamente de forma segura y estable. El bicarbonato es una sal del ácido carbónico, conocida comúnmente como polvo de hornear o bicarbonato sódico.
El hidrógeno reacciona con el bicarbonato en el sistema descrito en presencia de un catalizador de rutenio para formar formiato, una sal igualmente inocua, la del ácido fórmico. Lo mejor de todo: "Podemos volver a liberar el hidrógeno almacenado en el formiato en cualquier momento, con el mismo catalizador, en el mismo sistema", explican en una entrevista el Dr. Rui Sang y la estudiante de doctorado Carolin Stein, ambos primeros autores de la publicación científica. Una reacción de este tipo, que puede proceder en cualquier dirección, se denomina reversible.
Según el Dr. Henrik Junge, jefe del grupo de investigación, el sistema funciona de forma estable a temperaturas de unos 60 grados centígrados. La reacción tiene lugar en una solución que contiene todas las sustancias químicas implicadas: Hidrógeno y bicarbonato, así como el catalizador, que hace posible la reacción en primer lugar y no se consume en el proceso en sí. En el caso de la última publicación, se basa en rutenio y está disponible comercialmente. Al final, esta solución también contiene el formiato recién formado, el verdadero almacén de H2.
El sistema también es fácil de controlar técnicamente, afirma el Dr. Sponholz, Director de Investigación de H2APEX: "Dependiendo de la presión a la que añada el hidrógeno al sistema, el gas se une al bicarbonato para formar formiato o la reacción se invierte y el formiato libera de nuevo el hidrógeno."
Fácil de almacenar y transportar
El hidrógeno desempeña un papel clave en los escenarios de suministro de energías alternativas. Y se está hablando del metanol, el amoníaco y el metano como medios de almacenamiento para una futura economía del hidrógeno. Las sales de ácido fórmico tienen una ventaja sobre estos medios de almacenamiento en cuanto a la toxicidad de las sustancias y el consumo de energía. El formiato podría almacenarse fácilmente en recipientes de plástico y transportarse en camiones cisterna. Henrik Junge dice: "Básicamente como la leche, la cerveza o el gasóleo".
Junto con el bicarbonato, el formiato forma un sistema energético que se carga o descarga mediante hidrógeno como una pila. En realidad, un sistema así es adecuado para su uso en zonas locales y rurales en particular. Allí, la energía eólica o solar puede producir hidrógeno verde mediante electrólisis durante las fases en las que se suministra más electricidad de la que se consume, que luego se almacena como formiato.
En la cooperación entre LIKAT y H2APEX, uno de los objetivos de los investigadores es almacenar la mayor cantidad posible de hidrógeno en el formiato. En ello influyen la densidad de almacenamiento, la solubilidad y la "molaridad" de la sal utilizada, propiedades que a su vez dependen de su "contraión". Esto se debe a que las sales suelen estar formadas por iones de carga opuesta, el catión y el anión.
Tras probar varios candidatos y sopesar los pros y los contras, se optó por el potasio, explica el Dr. Peter Sponholz. Por eso, la sal que se carga de hidrógeno en la "pila" se llama precisamente bicarbonato potásico. Por cierto: la levadura en polvo para la cocina suele contener bicarbonato sódico.
40 ciclos para un proceso neutro para el clima
Los autores subrayan que el proceso es neutro desde el punto de vista del CO2. Normalmente, cuando se recupera hidrógeno, parte del bicarbonato se descompone en CO2 y se libera, explica Carolin Stein. "Nuestro sistema, en cambio, retiene el CO2 de forma permanente". Esto significa que de este sistema de almacenamiento puede obtenerse hidrógeno puro, que puede utilizarse directamente en una pila de combustible sin más purificación.
En su NATURE COMMUNICATION PAPER, los autores informan de 40 ciclos consecutivos de almacenamiento y liberación de hidrógeno durante un periodo de seis meses. Utilizando cantidades mínimas del catalizador de rutenio del orden de ppm, los químicos produjeron 50 litros de hidrógeno con una pureza media del 99,5% con su sistema de laboratorio.
Futuro demostrador en el Centro Técnico de Transferencia
La empresa H2APEX de Rostock-Laage está utilizando estos resultados, entre otras cosas, para construir un demostrador mayor, para lo cual el socio industrial también está utilizando el centro técnico Catalysis2Scale del instituto. Si todo va según lo previsto, la planta correspondiente se comercializará a finales de 2025, y el símbolo químico de los átomos de hidrógeno, H, significará entonces también H de esperanza para la transición energética.
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.
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