Valencià:
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
Peu de foto: Els investigadors Pilar Borja, José Mata i Andrés Mollar en un dels laboratoris de l’UJI

Español:
Un grupo de 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 profesor 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. La tecnología se basa en la utilización de los denominados «líquidos orgánicos portadores de hidrógeno» (liquid organic hydrogen carriers o LOHC).
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 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
Pie de foto: Los investigadores Pilar Borja, José Mata y Andrés Mollar en uno de los laboratorios de la UJI.