Nuevo método para producir hidrógeno limpio
Catalizador de oro/óxido de hierro preparado (izquierda) y ya utilizado (derecha) (crédito: Titilayo Shodiya et al./Journal of Catalysis)
Ingenieros de la Universidad Duke han desarrollado un método nuevo para producir hidrógeno limpio, lo cual podría resultar esencial para dejar a un lado los combustibles fósiles y sus implicaciones sobre el medio ambiente.
Aunque el hidrógeno es abundante en el medio ambiente, producir y almacenar hidrógeno molecular para transporte y usos industriales es caro y complicado. Igualmente importante, un subproducto de la mayoría de métodos para producir hidrógeno en la actualidad es el monóxido de carbono, el cual es tóxico para personas y animales.
Los ingenieros de Duke, por medio del uso de un nuevo método catalítico, han demostrado en el laboratorio que pueden reducir los niveles de monóxido de carbono a casi a cero en la presencia de hidrógeno y otros subproductos no dañinos como dióxido de carbono y agua. También demostraron que podrían producir hidrógeno modificando combustible a temperaturas mucho más bajas que las usadas en métodos convencionales, lo cual es una opción mucho más práctica.
Los catalizadores son agentes incorporados para generar reacciones químicas. En este caso, los catalizadores fueron nanopartículas combinadas de oro y óxido de hierro, pero no en un sentido tradicional. Los métodos actuales dependen de la capacidad de las nanopartículas de oro para conducir el proceso como catalizador único, mientras que los investigadores de Duke utilizaron tanto oro como óxido de hierro como catalizador.
“Nuestro objetivo último es producir hidrógeno para uso en celdas de combustible”, dijo Titilayo “Titi” Shodiya, autor principal del estudio y miembro del laboratorio de Nico Hotz, profesor de ingeniería mecánica y ciencia de materiales. “Todos estamos interesados en nuevas formas de producir energía limpia sin el uso de combustibles fósiles”, dijo Shodiya.
Las celdas de combustible producen electricidad a través de reacciones químicas, casi siempre con el uso de hidrógeno. Incluso, muchos procesos industriales requieren el uso de hidrógeno como reactivo químico y varios vehículos han iniciado ya a usar hidrógeno como su fuente principal de combustible.
“Pudimos, a través de nuestro sistema, producir consistentemente hidrógeno con una generación de monóxido de carbono menor a 0.002 por ciento (20 partes en un millón)”, dijo Shodiya.
Estos niveles de producción pudieron lograrse al cambiar la receta de las nanopartículas usadas como catalizadores en las reacciones que oxidan el monóxido de carbono en gases ricos en hidrógeno. Los métodos tradicionales de limpieza del hidrógeno, que no son tan eficientes como este nuevo método, también requieren nanopartículas de oro y óxido de hierro como catalizadores, indicaron los investigadores.
“Se ha asumido que las nanopartículas de óxido de hierro eran sólo la base que mantenía las nanopartículas de oro unidas, y que el oro era el responsable de las reacciones químicas”, indicó Sodiya. “Sin embargo, descubrimos que al aumentar la superficie del área con óxido de hierro se incrementaba dramáticamente la actividad catalítica del oro”.
Uno de los métodos más recientes para producir energía renovable es el uso de fuentes de biomasa derivada de alcohol, como el metanol. Cuando el metanol es tratado con vapor, o reformado, crea una mezcla rica en hidrógeno que puede ser utilizada en celdas de combustible.
“El problema principal con este método es que también produce monóxido de carbono, que no sólo es tóxico para la vida sino daña también el catalizador en las membranas de la celda de combustible y que son cruciales para el funcionamiento de la celda”, dijo Hotz. “No se requiere mucho monóxido de carbono para arruinar estas membranas”.
Los investigadores mantuvieron una reacción por más de 200 horas y no hallaron alguna reducción en la capacidad del catalizador para reducir la cantidad de monóxido de carbono en el hidrógeno.
“El mecanismo no se comprende aún en su totalidad. Sin embargo, a diferencia del conocimiento actual que cree que el tamaño de las partículas de oro es crucial, nosotros creemos que el énfasis de una investigación futura debe colocarse en el papel que juega el óxido de hierro en todo el proceso”, dijo Shodiya.
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