El hidrógeno se considera un combustible casi ideal porque cuando se quema no emite gases de efecto invernadero nocivos como el CO2, solo vapor de agua. Sin embargo, la era de los combustibles limpios aún no ha llegado: es demasiado caro producir hidrógeno. Una de las razones es que el proceso utiliza catalizadores de metales nobles.
Los científicos de la Universidad Politécnica de Tomsk (TPU) han encontrado una alternativa más asequible a los metales del grupo del platino y han desarrollado una tecnología para producir un material prometedor: el carburo de tungsteno cúbico. Cómo el descubrimiento de investigadores rusos acercará el uso generalizado de combustible de hidrógeno, bajo el corte.
¿Por qué hidrógeno?
La demanda de hidrógeno está creciendo y el volumen de su uso se duplica cada 15 años. Este elemento químico es muy utilizado en la industria petrolera.
Además, el hidrógeno juega un papel clave en la llamada descarbonización de la economía, lo que significa evitar el uso de hidrocarburos. Como combustible, es una de las alternativas más inofensivas. Según estimaciones de BloombergNEF (BNEF), el denominado hidrógeno "verde" obtenido por electrólisis puede reducir la emisión global de gases de efecto invernadero al 34% del año 2050.
Hoy, el volumen del mercado de combustible de hidrógeno se estima en $ 700 mil millones. En todos los documentos estratégicos de la Unión Europea adoptados recientemente, el hidrógeno se denomina el principal motor de crecimiento para superar la crisis económica provocada por COVID-19.
Dificultades de producción
El hidrógeno prácticamente no se encuentra en la Tierra en su forma pura; el elemento se extrae de otros compuestos como resultado de reacciones químicas. Por regla general, esta es una producción que no es rentable económicamente o es difícil ponerla en rieles industriales. Los científicos están estudiando varias formas de hacer que la producción de hidrógeno sea más barata y sencilla. Después de todo, esto afecta directamente la rapidez con que el mundo puede cambiar a combustibles más ecológicos.
Los expertos de BNEF predicen que antes de 2030 el hidrógeno "verde" costará poco más de $ 2 / kg y comenzará a competir con el carbón y el gas natural en la industria, por ejemplo, en la producción de acero. Y para 2050, el elemento químico podrá competir en precio con el carbón más barato, sin producir un solo gramo de CO2.
Las perspectivas son buenas. Por ejemplo, hace un año, la compañía petrolera alemana Shell comenzó a construir una de las plantas de producción de hidrógeno más grandes del mundo por electrólisis. Está previsto que entre en funcionamiento a finales de año y podrá producir hasta 1.300 toneladas de hidrógeno al año.
Catalizador más barato
Normalmente, la electrólisis de hidrógeno utiliza catalizadores hechos de metales del grupo del platino: platino, iridio, rutenio y sus derivados. Todos ellos están clasificados como metales preciosos y son muy caros.
Un análogo más barato es el carburo de tungsteno cúbico. Las condiciones para su producción no son simples: la síntesis requiere una temperatura de 3000 ° C y un enfriamiento muy rápido. Pero los científicos de la Universidad Politécnica de Tomsk lograron desarrollar un dispositivo que permite la producción de este material con un alto porcentaje de pureza (hasta el 95%).
Instalación de fuente : acelerador de magnetoplasma coaxial. Alcanza altas temperaturas y enfriamiento ultrarrápido con la ayuda de chorros de plasma. Su velocidad es superior a 3 km / s y la reacción en sí dura menos de 1 ms. En el acelerador se colocan polvos de tungsteno y negro de carbón disponibles y relativamente baratos. En la cámara de trabajo del dispositivo, los polvos iniciales se transforman en carburo de tungsteno cúbico durante la reacción plasma-química. Los científicos describieron los resultados de los experimentos en la revista científica Journal of Alloys and Compounds .
“Las nanopartículas de carburo de tungsteno cúbico obtenidas durante la reacción se utilizan con éxito en la reacción de obtención de hidrógeno a partir del agua. Esto permitirá minimizar el uso de metales preciosos raros y costosos del grupo del platino ”, dice Ivan Shanenkov, profesor asociado del Departamento de Electricidad e Ingeniería Eléctrica de TPU .
Que sigue
Los científicos de TPU han confirmado la naturaleza prometedora del material junto con investigadores chinos de la Universidad de Jilin y la Universidad de Qingdao. En el futuro, los científicos planean aumentar la actividad catalítica del material y abandonar por completo el uso de metales nobles costosos en la electrocatálisis de hidrógeno a partir de agua.
