Un nuevo compuesto que usa una reacción química para almacenar amoniaco de manera más fácil y segura, brinda también la posibilidad de hacerlo con el importante hidrógeno que se transporta.
Este hallazgo de investigadores del Centro RIKEN para la Ciencia de la Materia Emergente (CEMS) en Japón "debería ayudar a liderar el camino hacia una sociedad descarbonizada con una economía de hidrógeno práctica", según afirman en un artículo publicado en el Journal of the American Chemical Society.
Para que la sociedad haga el cambio de energía basada en carbono a energía basada en hidrógeno, necesitamos una forma segura de almacenar y transportar hidrógeno, que en sí mismo es altamente combustible.
Una forma de hacerlo es almacenarlo como parte de otra molécula y extraerlo según sea necesario. El amoníaco, escrito químicamente como NH3, es un buen portador de hidrógeno porque cada molécula contiene tres átomos de hidrógeno, y casi el 20 % del amoníaco es hidrógeno en peso.
La porosidad de la perovskita, clave
Sin embargo, el problema es que el amoníaco es un gas altamente corrosivo, lo que dificulta su almacenamiento y uso. Actualmente, el amoníaco generalmente se almacena licuándolo a temperaturas muy por debajo del punto de congelación en recipientes resistentes a la presión.
Los compuestos porosos también pueden almacenar amoníaco a temperatura y presión ambiente, pero la capacidad de almacenamiento es baja y el amoníaco no siempre se puede recuperar fácilmente.
El nuevo estudio informa el descubrimiento de una perovskita, un material con una estructura cristalina repetitiva distintiva, que puede almacenar fácilmente amoníaco y también permite una recuperación fácil y completa a temperaturas relativamente bajas.
El equipo de investigación dirigido por Masuki Kawamoto en RIKEN CEMS se centró en el yoduro de plomo y etilamonio de perovskita (EAPbI3), escrito químicamente como CH3CH2NH3PbI3.
Descubrieron que su estructura columnar unidimensional sufre una reacción química con amoníaco a temperatura y presión ambiente, y se transforma dinámicamente en una estructura en capas bidimensional llamada hidróxido de yoduro de plomo, o Pb(OH)I.
Conversión química
Como resultado de este proceso, el amoníaco se almacena dentro de la estructura en capas a través de la conversión química. Por lo tanto, EAPbI3 puede almacenar de manera segura el gas amoníaco corrosivo como un compuesto de nitrógeno en un proceso que es mucho más económico que la licuefacción a -33 °C en contenedores presurizados. Aún más importante, el proceso para recuperar el amoníaco almacenado es igual de simple.
"Para nuestra sorpresa, el amoníaco almacenado en yoduro de plomo y etilamonio podía extraerse fácilmente calentándolo suavemente", dice Kawamoto. El compuesto de nitrógeno almacenado sufre una reacción inversa a 50°C al vacío y vuelve a convertirse en amoníaco.
Esta temperatura es mucho más baja que los 150 °C o más que se necesitan para extraer amoníaco de compuestos porosos, lo que hace que EAPbI3 sea un medio excelente para manejar gases corrosivos en un proceso simple y rentable.
Además, después de volver a la estructura columnar unidimensional, la perovskita se puede reutilizar, lo que permite que el amoníaco se almacene y extraiga repetidamente. Una ventaja adicional fue que el compuesto normalmente amarillo se volvió blanco después de la reacción. Según Kawamoto, "la capacidad del compuesto para cambiar de color cuando se almacena amoníaco significa que se pueden desarrollar sensores de amoníaco basados en colores para determinar la cantidad de amoníaco almacenado".
El nuevo método de almacenamiento tiene varios usos. A corto plazo, los investigadores han desarrollado un método seguro para almacenar amoníaco, que ya tiene múltiples usos en la sociedad, desde fertilizantes hasta productos farmacéuticos y textiles. "A largo plazo", dice el coautor Yoshihiro Ito de RIKEN CEMS, "esperamos que este método simple y eficiente pueda ser parte de la solución para lograr una sociedad descarbonizada mediante el uso de amoníaco como transportador de hidrógeno libre de carbono".
Carlos Calvo
16/07/2023