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Investigadores de la UJI. En el centro, José Mata, director del proyecto. Foto: Àlex Pérez

Nuevo sistema de producción eficiente, almacenamiento y transporte seguro de hidrógeno

Investigadores de la Universitat Jaume I de Castelló, la Universidad de Zaragoza y el Instituto de Tecnología Química de la Universitat Politècnica de València-CSIC, coordinados por el Prof. José Antonio Mata de la UJI, han desarrollado y patentado un nuevo procedimiento de producción eficiente, almacenamiento y transporte seguro de hidrógeno para su uso en celdas de combustible mediante el uso de reactivos químicos.

El hidrógeno es un excelente combustible por su elevada densidad energética y nula emisión de gases de efecto invernadero. Su combinación con el oxígeno atmosférico produce energía y agua como único subproducto, convirtiéndolo en uno de los principales candidatos para sustituir a los combustibles fósiles como fuente de energía para el sector del transporte.

Pese a ello, aún existen algunos inconvenientes que han impedido la implantación de la llamada «economía del hidrógeno». El primero es que este gas no se encuentra en la corteza terrestre y debe producirse en un proceso que no suele ser sostenible, y el segundo es su naturaleza inflamable y la necesidad de transportarlo de forma comprimida, con los peligros que derivan.

La principal ventaja de estos líquidos es que pueden almacenar hidrógeno durante largos períodos de tiempo y además pueden ser transportados utilizando la infraestructura actual. El equipo investigador ha estudiado diferentes líquidos orgánicos portadores de hidrógeno hasta llegar a un nuevo sistema de almacenamiento de hidrógeno basado en una reacción química de acoplamiento entre un hidrosilano y un alcohol, catalizada por un compuesto de rutenio soportado en grafeno.

“De esta manera, el empleo de coches y medios de transporte no produciría ninguna emisión contaminante. Una de las posibilidades es emplear unos compuestos químicos líquidos que se obtengan con hidrógeno y que, luego en el coche, liberen el hidrógeno en función de las necesidades del vehículo. Esto se podría conseguir con el catalizador que se describe en la patente”, apunta Hermenegildo García, investigador del Instituto de Tecnología Química, centro mixto de la Universitat Politècnica de València y el CSIC.

Las aportaciones de este proceso son múltiples respecto a los sistemas ya establecidos. En primer lugar, es un proceso versátil desde el punto de vista químico porque existen muchas combinaciones de hidrosilanos y alcoholes que pueden emplearse. En segundo lugar, el proceso se puede realizar muy rápido y no se requieren temperaturas elevadas, ya que el equipo ha desarrollado también catalizadores de rutenio que son altamente eficientes para esta reacción. Y en tercer lugar, el proceso es reversible, porque el producto formado en el acoplamiento entre un hidrosilano y alcohol es un silil-éter que puede transformarse de nuevo en el producto original mediante un reductor.

Entre sus principales ventajas está que constituye un sistema energético cuyo único subproducto es el agua y, a la vez, es reversible, al permitir almacenar-generar hidrógeno en función de la demanda; puede adaptarse fácilmente a sistemas de generación y empleo de energía no estáticos, como los automóviles; el uso del silano-alcohol como LOHC (líquidos orgánicos portadores de hidrógeno, por sus siglas en inglés) permite trabajar a bajas temperaturas en la obtención del gas y la tecnología elude los problemas de seguridad del almacenamiento de hidrógeno.

El proceso global de generación de energía contempla cuatro grandes bloques. La producción sería el primero, cuyo reto consistiría en la obtención de hidrógeno a partir de energías alternativas como la solar o la eólica, en un proceso casi-sostenible; para ello sería conveniente que los subproductos derivados se obtuvieran en un centro industrial en donde la generación estuviera totalmente controlada. En el segundo (transporte) y tercero (distribución), que no requieren ninguna innovación en el ámbito industrial o científico, el sistema propuesto podría utilizar la infraestructura existente para el transporte y distribución de los derivados del petróleo. Por último, el cuarto (utilización) es el que contempla la reacción química para la obtención de hidrógeno y su utilización en celdas de combustible. Los resultados preliminares obtenidos muestran que la reacción es muy rápida y puede tener lugar incluso a temperatura ambiente, lo que se corresponde con una cinética adecuada para la obtención e inmediata utilización de hidrógeno.

Nuestra propuesta pretende contribuir a impulsar el desarrollo de una sociedad más sostenible”, señala el aragonés Miguel Baya, del Instituto de Síntesis Química y Catálisis Homogénea (ISQCH), centro mixto de investigación de la Universidad de Zaragoza y del CSIC. “Una aplicación directa de nuestro sistema podría realizarse en un vehículo de hidrogeno que repostaría los reactivos (A y B) en la estación de servicio. Ya en marcha, la combinación de ambos le permitiría obtener hidrógeno que inmediatamente sería empleado como combustible, generando energía motriz y liberando vapor de agua a través del tubo de escape. Al repostar de nuevo, se descargaría el subproducto generado (C) por la reacción de generación de hidrógeno para su posterior reciclado”

Este nuevo procedimiento se dirige a la industria de producción de energía, específicamente a aquélla que explota fuentes de energía renovables libres de emisiones contaminantes y de efecto invernadero. En concreto, es de aplicación en compañías dedicadas a la producción y comercialización de soluciones para el almacenamiento y transporte de hidrógeno, como vector energético, basadas en el uso de LOHC como portadores de hidrógeno.

El equipo de investigación, que ha validado el nuevo procedimiento a nivel experimental en el entorno de laboratorio, está formado por José Mata (UJI), director del proyecto, Miguel Baya (UZA) y Hermenegildo García (UPV-CSIC). En el grupo investigador de la universidad pública de Castellón han participado también David Ventura-Espinosa, becario del Ministerio de Economía y Competitividad (FPU); Alba Carretero, alumna del Máster en Química Aplicada y Farmacológica; Mapi Borja, personal postdoctoral de la UJI, y Andrés Mollar, estudiante del Grado de Química.

Publicación
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

Vídeo (en castellano): https://youtu.be/8SNnAendYtQ