Investigadors espanyols proposen un nou sistema de producció emmagatzematge i transport d’hidrogen

Un grup d'investigadors de la Universitat Jaume I de Castelló, la Universitat de Saragossa i l'Institut de Tecnologia Química de la Universitat Politècnica de València-CSIC, coordinats pel professor de l'UJI José Antonio Mata, han desenvolupat i patentat un nou procediment de producció eficient, emmagatzematge i transport segur d'hidrogen per al seu ús en cel·les de combustible mitjançant l'ús de reactius químics. La tecnologia es basa en la utilització dels denominats «líquids orgànics portadors d'hidrogen» (liquid organic hydrogen carriers o LOHC).

L'hidrogen és un excel·lent combustible per la seua elevada densitat energètica i nul·la emissió de gasos d'efecte hivernacle. La seua combinació amb l'oxigen atmosfèric produeix energia i aigua com a únic subproducte, convertint-lo en un dels principals candidats per a substituir els combustibles fòssils com a font d'energia per al sector del transport.

Malgrat això, encara existeixen alguns inconvenients que han impedit la implantació de l'anomenada «economia de l'hidrogen». El primer és que aquest gas no es troba en l'escorça terrestre i ha de produir-se en un procés que no sol ser sostenible i el segon és la seua naturalesa inflamable i la necessitat de transportar-lo de forma comprimida, amb els perills que se'n deriven.

El principal avantatge d'aquests líquids és que poden emmagatzemar hidrogen durant llargs períodes de temps i a més poden ser transportats utilitzant la infraestructura actual. L'equip investigador ha estudiat diferents líquids orgànics portadors d'hidrogen fins a arribar a un nou sistema d'emmagatzematge d'hidrogen basat en una reacció química d'acoblament entre un hidrosilà i un alcohol, catalitzada per un compost de ruteni suportat en grafè.

"D'aquesta manera, l'ocupació de cotxes i mitjans de transport no produiria cap emissió contaminant. Una de les possibilitats és emprar uns compostos químics líquids que s'obtinguen amb hidrogen i que, després en el cotxe, alliberen l'hidrogen en funció de les necessitats del vehicle. Açò es podria aconseguir amb el catalitzador que es descriu en la patent", apunta Hermenegildo García, investigador de l'Institut de Tecnologia Química, centre mixt de la Universitat Politècnica de València i el CSIC.

L'equip de recerca, que ha validat el nou procediment a escala experimental en l'entorn de laboratori, està format per José Mata (UJI), director del projecte; Miguel Baya (UZA) i Hermenegildo García (UPV-CSIC). En el grup investigador de la universitat pública de Castelló han participat també David Ventura-Espinosa, becari del Ministeri d'Economia i Competitivitat (FPU); Alba Carretero, alumna del Màster en Química Aplicada i Farmacològica; Pilar Borja, personal postdoctoral de l'UJI, i Andrés Mollar, estudiant del Grau en Química.

Les aportacions d'aquest procés són múltiples respecte als sistemes ja establerts. En primer lloc, és un procés versàtil des del punt de vista químic perquè existeixen moltes combinacions d'hidrosilans i alcohols que poden emprar-se. En segon lloc, el procés es pot realitzar molt ràpidament i no es requereixen temperatures elevades, ja que l'equip ha desenvolupat també catalitzadors de ruteni que són altament eficients per a aquesta reacció. I en tercer lloc, el procés és reversible, perquè el producte format en l'acoblament entre un hidrosilà i alcohol és un silil-èter que pot transformar-se de nou en el producte original mitjançant un reductor.

Entre els seus principals avantatges està que constitueix un sistema energètic l'únic subproducte del qual és l'aigua i, alhora, és reversible, en permetre emmagatzemar-generar hidrogen en funció de la demanda; pot adaptar-se fàcilment a sistemes de generació i ocupació d'energia no estàtics, com ara els automòbils; l'ús del silà-alcohol com a LOHC permet treballar a baixes temperatures en l'obtenció del gas i la tecnologia eludeix els problemes de seguretat de l'emmagatzematge d'hidrogen.

«La nostra proposta pretén contribuir a impulsar el desenvolupament d'una societat més sostenible", assenyala l'aragonès Miguel Baya, de l'Institut de Síntesi Química i Catàlisi Homogènia (ISQCH), centre mixt de recerca de la Universitat de Saragossa i del CSIC. "Una aplicació directa del nostre sistema podria realitzar-se en un vehicle d'hidrogen que repostaria els reactius (A i B) en l'estació de servei. Ja en marxa, la combinació de tots dos li permetria obtenir hidrogen que immediatament seria emprat com a combustible, generant energia motriu i alliberant vapor d'aigua a través del tub de fuita. En repostar de nou, es descarregaria el subproducte generat (C) per la reacció de generació d'hidrogen per al seu posterior reciclat».

El procés global de generació d'energia contempla quatre grans blocs. La producció en seria el primer, el repte del qual consistiria en l'obtenció d'hidrogen a partir d'energies alternatives com ara la solar o l'eòlica, en un procés quasi-sostenible; per a això seria convenient que els subproductes derivats s'obtingueren en un centre industrial on la generació estigués totalment controlada. En el segon (transport) i tercer (distribució) que no requereixen cap innovació en l'àmbit industrial o científic, el sistema proposat podria utilitzar la infraestructura existent per al transport i distribució dels derivats del petroli. Finalment, la cambra (utilització) és el que contempla la reacció química per a l'obtenció d'hidrogen i la seua utilització en cel·les de combustible. Els resultats preliminars obtinguts mostren que la reacció és molt ràpida i pot tenir lloc fins i tot a temperatura ambient, la qual cosa es correspon amb una cinètica adequada per a l'obtenció i immediata utilització d'hidrogen.

Aquest nou procediment es dirigeix a la indústria de producció d'energia, específicament a aquella que explota fonts d'energia renovables lliures d'emissions contaminants i d'efecte hivernacle. En concret, és aplicable en companyies dedicades a la producció i comercialització de solucions per a l'emmagatzematge i transport d'hidrogen, com a vector energètic, basades en l'ús de LOHC com a portadors d'hidrogen.

Publicació

Ventura-Espinosa, D., Carretero-Cerdán, A., Baya, M., García, H. and Mata, J. A. (2017), Catalytic Dehydrogenative Coupling of Hydrosilanes with Alcohols for the Production of Hydrogen On-demand: Application of a Silane/Alcohol Pair as a Liquid Organic Hydrogen Carrier. Chem. Eur. J.. doi:10.1002/chem.201700243