Investigadores de la Universidad de Birmingham han desarrollado un nuevo método a baja temperatura para producir hidrógeno que podría hacer que el combustible limpio sea más barato y práctico de producir. La técnica se puede utilizar tanto en grandes instalaciones centralizadas como en pequeños sistemas locales que aprovechen el calor residual de grandes operaciones industriales.
El hidrógeno es el elemento más abundante en el universo y se considera ampliamente una importante fuente de energía limpia. Cuando se utiliza como combustible, sólo produce agua y calor, en lugar de dióxido de carbono y otros contaminantes asociados con los combustibles fósiles. El hidrógeno también puede alimentar pilas de combustible que generan electricidad. A pesar de estas ventajas, alrededor del 95% de la producción de hidrógeno todavía depende de combustibles fósiles.
El nuevo catalizador reduce drásticamente las temperaturas de producción de hidrógeno
Una forma prometedora de producir hidrógeno es mediante la división termoquímica del agua, un proceso en el que un catalizador divide el agua en hidrógeno y oxígeno. Los sistemas termoquímicos existentes requieren temperaturas extremadamente altas. La división del agua generalmente ocurre entre 700 y 1000 ohC, mientras que el paso de regeneración catalítica a menudo requiere temperaturas de 1300 a 1500 ohC Antes de iniciar otro ciclo de producción.
Un equipo de investigación dirigido por el profesor Yulong Ding de la Facultad de Ingeniería Química de la Universidad de Birmingham ha demostrado que esta temperatura se puede reducir significativamente utilizando un catalizador de perovskita.
Según datos publicados Revista internacional de energía del hidrógenoEl nuevo catalizador produjo cantidades sustanciales de hidrógeno a temperaturas entre 150 y 500 ohC. También puede regenerarse a temperaturas de hasta 700-1000 ohC, alrededor de 500 ohC es menor que el método actual.
El profesor Ding dijo: “La baja temperatura general del proceso puede permitir que el hidrógeno se construya cerca de plantas de producción de energía renovable, y los sectores de la industria básica, como el acero, el cemento, el vidrio y los productos químicos, tienen una gran cantidad de calor residual, que puede usarse como aporte de calor para la producción de hidrógeno a baja temperatura. Si el hidrógeno y el hidrógeno se usan localmente, se utilizará el transporte, lo que permite la adopción de combustible de hidrógeno sin la necesidad de una infraestructura costosa”.
Posibles ventajas de costes sobre el hidrógeno verde y azul
Los investigadores también realizaron un análisis económico preliminar. Sus resultados sugieren que la división del agua utilizando el nuevo catalizador de perovskita puede producir hidrógeno a un costo menor que el hidrógeno verde (producido a partir de agua mediante electrólisis) y el hidrógeno azul (producido a partir de metano con captura y almacenamiento de carbono).
Los beneficios económicos parecen particularmente fuertes donde la electricidad renovable es relativamente barata, incluidos países como Australia.
El proyecto se llevó a cabo en colaboración con la Universidad de Ciencia y Tecnología de Beijing (USTB). La Universidad de Birmingham está trabajando ahora para comercializar la tecnología en el Reino Unido y Europa. La empresa de la Universidad de Birmingham ha presentado una solicitud de patente que cubre el uso de catalizadores BNCF para la división del agua a baja temperatura y está buscando socios para ayudar a desarrollar aún más la tecnología.
¿Por qué es importante la división termoquímica del agua?
Aunque el hidrógeno es el elemento más abundante en el universo, el gas hidrógeno puro es poco común en la Tierra. En cambio, el hidrógeno suele encontrarse unido a otros elementos, a menudo en agua y combustibles de hidrocarburos como el gas natural, el carbón y el petróleo. Estos compuestos deben romperse para producir hidrógeno.
Hoy en día, el método de producción dominante es el reformado con vapor, que separa el hidrógeno del metano. Este proceso representa aproximadamente la mitad de la producción mundial de hidrógeno. Sin embargo, produce CO2Limitar sus beneficios ambientales a menos que se agreguen sistemas de captura y almacenamiento de carbono.
La electrólisis ofrece una opción más limpia porque utiliza electricidad para dividir el agua en hidrógeno y oxígeno. Sin embargo, es más caro que la producción a base de metano y actualmente suministra sólo el 4% del H mundial.2 demanda
Otros métodos emergentes se basan en reacciones impulsadas por la luz para producir hidrógeno a partir del agua. Si bien son prometedoras, estas tecnologías fotónicas aún están en su infancia y enfrentan obstáculos relacionados con la eficiencia, la escalabilidad y el costo.
Cómo funcionan los catalizadores de perovskita
Las perovskitas son materiales con una estructura reticular que puede absorber oxígeno dentro de su estructura y ayudar a disociar compuestos oxigenados.
El equipo de Birmingham se centró en un grupo específico conocido como perovskitas BNCF, que están hechas de bario, niobio, calcio y hierro. Estos materiales son relativamente abundantes, no requieren procesos de fabricación complejos y no contienen ingredientes tóxicos.
Los investigadores descubrieron que las perovskitas BNCF pueden absorber oxígeno a temperaturas mucho más bajas de lo que se pensaba anteriormente. Entre los materiales probados, una versión conocida como BNCF100 proporcionó el mejor rendimiento.
Las investigaciones han demostrado que BNCF100 se puede regenerar a temperaturas más bajas que los catalizadores de división de agua existentes y al mismo tiempo seguir produciendo hidrógeno durante 10 ciclos de producción. El análisis de difracción de rayos X mostró muy pocos cambios estructurales en el material durante las pruebas, lo que indica una fuerte estabilidad.
El profesor Ding dijo: “Nuestra investigación ha revelado un catalizador capaz de producir rendimientos sustanciales de hidrógeno a temperaturas relativamente bajas, y un estudio tecnoeconómico preliminar muestra que es rentable en comparación con las vías azules y verdes establecidas para la producción de hidrógeno”.
