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Un nuevo catalizador produce hidrógeno sin emisiones y surge como fórmula eficiente de almacenar energía

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Europa Press.- Nuevos materiales más baratos y eficientes para el almacenamiento de energía renovable en forma de hidrógeno podrían reemplazar a los catalizadores actuales de separación de agua. El profesor Anthony O’Mullane, de la Queensland University of Technology (QUT), reivindicó que el potencial para el almacenamiento químico de energía renovable en forma de hidrógeno está siendo investigado. «El gobierno australiano está interesado en desarrollar una industria de exportación de hidrógeno para exportar nuestra abundante energía renovable», apuntó O’Mullane de la Facultad de Ciencias e Ingeniería de QUT.

«En principio, el hidrógeno ofrece una forma de almacenar energía limpia a una escala que se requiere para hacer viable el despliegue de los parques solares y eólicos a gran escala, así como la exportación de energía verde. «Sin embargo, los métodos actuales que utilizan fuentes de carbono para producir hidrógeno emiten dióxido de carbono, un gas de efecto invernadero que mitiga los beneficios de usar energía renovable del sol y el viento. «La división electroquímica del agua impulsada por la electricidad proveniente de la tecnología de energía renovable ha sido identificada como uno de los métodos más sostenibles para producir hidrógeno de alta pureza».

Un problema adicional ha sido la estabilidad, especialmente para la evolución del oxígeno del proceso. «Lo que hemos descubierto es que podemos utilizar dos alternativas más baratas y abundantes en la tierra, el cobalto y el óxido de níquel con solo una fracción de las nanopartículas de oro, para crear un catalizador bi-funcional estable para dividir el agua y producir hidrógeno sin emisiones», señaló. En su opinión, desde el punto de vista de la industria, tiene mucho sentido utilizar un material catalizador en lugar de dos catalizadores diferentes para producir hidrógeno a partir del agua».

O’Mullane destacó que el hidrógeno almacenado podría usarse en las pilas de combustible. «Las pilas de combustible son una tecnología madura, que ya se está implementando en muchos vehículos. Usan hidrógeno y oxígeno como combustibles para generar electricidad, esencialmente lo opuesto a la división del agua. «Con una gran cantidad de hidrógeno hecho a bajo costo, podemos devolver la electricidad generada por las pilas de combustible a la red cuando sea necesario durante la demanda máxima o alimentar nuestro sistema de transporte y lo único que se emite es agua», explicó. El estudio ha sido publicado en Advanced Functional Materials.

Un nuevo catalizador abre la puerta a la captura de CO2 en la conversión de carbón a combustibles líquidos

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Europa Press.- Las proyecciones mundiales de consumo de energía esperan que el carbón se mantenga como una de las principales fuentes de energía del mundo en las próximas décadas y una parte cada vez mayor se utilizará en CTL, la conversión de carbón en combustibles líquidos. Investigadores de Beijing (China) y Eindhoven (Países Bajos) han desarrollado catalizadores a base de hierro que reducen sustancialmente los costos operativos y abren la puerta a la captura de las grandes cantidades de CO2 generadas por CTL.

Para comprender la importancia de este logro, se requiere cierto conocimiento del proceso de CTL. La primera etapa es la conversión de carbón a gas de síntesis, una mezcla de monóxido de carbono (CO) e hidrógeno (H2). Utilizando el llamado proceso de Fischer-Tropsch, estos componentes se convierten en combustibles líquidos. Pero antes de que se pueda hacer, la composición del gas de síntesis debe cambiarse para asegurarse de que al final salgan los productos correctos: los combustibles líquidos. Así que parte del CO se elimina del gas de síntesis (rechazado) convirtiéndolo en CO2, en un proceso llamado cambio de agua-gas.

En esta cadena, los investigadores abordaron un problema clave. Como en la mayoría de los procesos químicos, se requieren catalizadores para permitir las reacciones. Los catalizadores CTL son principalmente a base de hierro. Desafortunadamente, convierten un 30% del CO en CO2 no deseado, un subproducto que en esta etapa es difícil de capturar y, por lo tanto, a menudo se libera en grandes volúmenes y consume mucha energía sin beneficio.

Los investigadores descubrieron que la liberación de CO2 se debe al hecho de que los catalizadores a base de hierro no son puros, sino que constan de varios componentes. Pudieron producir una forma pura de un carburo de hierro específico, llamado carburo de hierro épsilon, que tiene una selectividad de CO2 muy baja. En otras palabras, casi no genera CO2.

Ya se conocía su existencia, pero hasta ahora no había sido lo suficientemente estable como para el duro proceso de Fischer-Tropsch. El equipo de investigación chino-holandés ahora ha demostrado que esta inestabilidad es causada por impurezas en el catalizador. El carburo de hierro épsilon de fase pura que desarrollaron es, por el contrario, estable y permanece funcional, incluso en condiciones de procesamiento industrial típicas de 23 bar y 250ºC. El nuevo catalizador elimina casi toda la generación de CO2 en el reactor Fischer-Tropsch. Esto puede reducir la energía necesaria y los costos operativos en aproximadamente 25 millones por año para una planta típica de CTL.

El CO2 que se liberó anteriormente en esta etapa ahora se puede eliminar en la etapa anterior de cambio de agua y gas. Es una buena noticia, porque es mucho más fácil de capturar en esta etapa. La tecnología para hacer que esto ocurra se llama CCUS (captura, utilización y almacenamiento de carbono). Ha sido desarrollado por otras partes y ya se está aplicando en varias plantas piloto. La conversión de carbón a combustibles líquidos es especialmente relevante en los países ricos en carbón que tienen que importar petróleo para su suministro de combustibles líquidos, como China y Estados Unidos.

«Somos conscientes de que nuestra nueva tecnología facilita el uso de combustibles fósiles derivados del carbón. Sin embargo, es muy probable que los países ricos en carbón sigan explotando sus reservas de carbón en las próximas décadas. Queremos ayudarlos a hacerlo de forma más sostenible», apunta el investigador Emiel Hensen, de la Universidad de Tecnología de Eindhoven. Es probable que los resultados de la investigación reduzcan los esfuerzos para desarrollar catalizadores CTL basados en cobalto. Los catalizadores basados en cobalto no tienen el problema del CO2, pero son costosos y se están convirtiendo rápidamente en un recurso escaso debido al uso de cobalto en las baterías, que representan la mitad del consumo total de cobalto.