Un equipo de investigación de la Universidad de Wisconsin-Madison ha identificado una nueva forma de convertir el amoníaco en gas nitrógeno mediante un proceso que podría ser un paso hacia la sustitución del amoníaco por los combustibles basados en el carbono.
El descubrimiento de esta técnica, que utiliza un catalizador metálico y libera -en lugar de requerir- energía, se publicó el 8 de noviembre en Nature Chemistry y ha recibido una patente provisional de la Wisconsin Alumni Research Foundation.
“El mundo funciona actualmente con una economía de combustible de carbono”, explica Christian Wallen, autor del artículo y antiguo investigador postdoctoral en el laboratorio del químico de la UW-Madison John Berry. “No es una gran economía porque quemamos hidrocarburos, que liberan dióxido de carbono a la atmósfera. No tenemos una forma de cerrar el círculo para un verdadero ciclo del carbono, en el que podamos transformar el dióxido de carbono de nuevo en un combustible útil”.
Para avanzar hacia el objetivo de las Naciones Unidas de que el mundo sea neutro en carbono para 2050, los científicos deben considerar formas ambientalmente responsables de crear energía a partir de elementos distintos del carbono, y el equipo de la UW-Madison propone una economía energética del nitrógeno basada en las interconversiones del nitrógeno y el amoníaco.
Los científicos se entusiasmaron al descubrir que la adición de amoníaco a un catalizador metálico que contenía el elemento similar al platino, el rutenio, producía nitrógeno de forma espontánea, lo que significa que no era necesario añadir energía.
En cambio, este proceso puede aprovecharse para producir electricidad, con protones y gas nitrógeno como subproductos. Además, el complejo metálico puede reciclarse mediante la exposición al oxígeno y utilizarse repetidamente, todo un proceso mucho más limpio que el uso de combustibles basados en el carbono.
“Descubrimos que, no sólo estamos fabricando nitrógeno, sino que lo hacemos en condiciones totalmente inéditas”, dice Berry, que es el profesor de química Lester McNall y centra sus esfuerzos de investigación en la química de los metales de transición. “Poder completar la reacción de amoníaco a nitrógeno en condiciones ambientales -y obtener energía- es algo muy importante”.
El amoníaco se ha quemado como fuente de combustible durante muchos años. Durante la Segunda Guerra Mundial, se utilizó en los automóviles, y hoy los científicos están estudiando formas de quemarlo en los motores como sustituto de la gasolina, sobre todo en la industria marítima. Sin embargo, la quema de amoníaco libera gases tóxicos de óxido de nitrógeno.
La nueva reacción evita esos subproductos tóxicos. Si la reacción se alojara en una pila de combustible en la que el amoníaco y el rutenio reaccionaran en la superficie de un electrodo, podría producir electricidad de forma limpia sin necesidad de un convertidor catalítico.
“Para una pila de combustible, queremos una salida eléctrica, no una entrada”, dice Wallen. “Descubrimos compuestos químicos que catalizan la conversión de amoníaco en nitrógeno a temperatura ambiente, sin necesidad de aplicar voltaje ni añadir productos químicos. Es el primer proceso, por lo que sabemos, que lo hace”.
“Tenemos una infraestructura establecida para la distribución de amoníaco, que ya se produce en masa a partir de nitrógeno e hidrógeno en el proceso Haber-Bosch”, dice Michael Trenerry, estudiante de posgrado y autor del artículo.
“Esta tecnología podría permitir una economía de combustible sin carbono, pero es una mitad del rompecabezas. Uno de los inconvenientes de la síntesis del amoníaco es que el hidrógeno que utilizamos para fabricarlo procede del gas natural y de los combustibles fósiles”.
Sin embargo, esta tendencia está cambiando, ya que los productores de amoníaco intentan producir amoníaco “verde”, en el que los átomos de hidrógeno se suministran mediante electrólisis de agua, que no produce emisiones de carbono, en lugar del proceso Haber-Bosch, que consume mucha energía.
Según Berry, a medida que se vayan superando los retos de la síntesis del amoníaco, serán muchas las ventajas de utilizarlo como fuente de energía o combustible común. Es comprimible, como el propano, fácil de transportar y de almacenar. Aunque ya existen algunas pilas de combustible de amoníaco, éstas, a diferencia de este nuevo proceso, requieren energía añadida, por ejemplo, dividiendo primero el amoníaco en nitrógeno e hidrógeno.
Los próximos pasos del grupo son averiguar cómo diseñar una pila de combustible que aproveche el nuevo descubrimiento y estudiar formas ecológicas de crear los materiales de partida necesarios.
“Uno de los próximos retos en los que me gustaría pensar es cómo generar amoníaco a partir de agua, en lugar de gas hidrógeno”, dice Trenerry. “El sueño es poner agua, aire y luz solar para crear un combustible”.
Noticia tomada de: Phys.org / Traducción libre del inglés por World Energy Trade
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