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Traducción de un interesantísmo artículo de American Scientist sobre un curioso componente, el borano de amoníaco, y sus posibles aplicaciones como método de almacenamiento de

OBSERVADOR DE LA CIENCIA

Llenar el depósito de hidrógeno
David Schneider

En Junio, Honda realizó la primera venta de un vehículo accionado por hidrógeno a un cliente ordinario, la familia Spallino de Redondo Beach, California. La transacción supuso un paso fundamental en la carrera hacia el sistema de transporte activado por hidrógeno que el presidente Bush abanderó en el Debate sobre el Estado de la Unión del año 2003, cuando anunció una iniciativa de 1.200 millones de dólares llamada “Libertad de Combustible”. Aquel programa, entre otras cosas, financió investigaciones sobre el persistente problema del almacenamiento del hidrógeno en los vehículos, uno de los muchos posibles obstáculos en el esfuerzo de que la sociedad moderna se abra paso a codazos hacia una economía basada en el hidrógeno. El truco consiste en llegar a comprender cómo almacenar hidrógeno de forma segura y a una densidad suficiente que permita a un coche normal recorrer 500 kilómetros más o menos, antes de tener que volver a llenar el depósito. A pesar de que este requerimiento supone aún un obstáculo significativo, un nuevo estudio indica que el empleo inteligente de la nano-tecnología podría dar un notable empujón al problema del almacenamiento del hidrógeno.

El nuevo vehículo de Honda, motorizado con una pila de combustible activada por hidrógeno, podría ser un precursor de las cosas que están por venir; si es que los científicos logran solucionar problemas como el del almacenamiento de grandes cantidades de hidrógeno en el vehículo. American Honda Motor Company

El sorprendente informe, que apareció el pasado Junio, en la publicación Angewandte Chemie, describe una forma de almacenamiento de hidrógeno en forma del componente llamado borano de amoníaco, NH3BH3. Tom Autrey del Laboratorio Nacional del Pacífico Noroeste dirige el grupo de 12 autores que publicaron el trabajo. Se basa en la idea, conocida ya desde hace décadas, de almacenar el hidrógeno en forma de amoníaco, NH3. Al contrario que el gas hidrógeno, que requiere temperaturas criogénicas para su licuefacción, el amoníaco se vuelve líquido a -34 grados centígrados. También se torna líquido a temperatura ambiente bajo una presión de 9 atmósferas (en este aspecto es similar al propano), lo cual le hace mucho más conveniente para su empleo como forma de transporte del combustible. El amoníaco es relativamente barato de producir, y el hidrógeno se puede extraer de él, sin demasiadas pérdidas, empleando catalizadores.

“En muchos aspectos es un combustible perfecto”, opina Ali T.-Raissi, quien encabeza la división para la investigación sobre hidrógeno y desarrollo del Centro de Energía Solar de Florida, dependiente de la Universidad de Florida Central.”El único problema que tiene es el de su toxicidad”. Esta consideración sugiere que sería mejor idea contar con el compuesto conocido como borano de amoníaco, que normalmente se presenta en forma de sólido en polvo. Este compuesto (junto a su primo el borohidruro de amonio, NH4BH4) fue estudiado en la década de 1950 para su posible utilización como combustible para cohetes, una idea que fue abandonada más tarde. Pasó mucho tiempo sin despertar el interés de los científicos hasta que a finales de la década de 1990, Pert Wolf, de la Universidad Técnica Freigber (en Alemania), se dio cuenta de que podría ser un buen medio de almacenamiento de hidrógeno para vehículos. En realidad, el borano de amoníaco contiene casi un 20% de hidrógeno al peso, lo cual le da al compuesto una cantidad de hidrógeno por unidad de masa o volumen incluso mayor que la del hidrógeno líquido.

Extraer el hidrógeno del borano de amoníaco no es difícil y no requiere energía adicional. Una vez que se calienta suficientemente el compuesto, la reacción de descomposición tiene lugar por si misma. Un tercio del hidrógeno se libera a aproximadamente 110º C , el segundo tercio en torno a 155º C (en cuyo punto el borano de amoníaco se torna líquido) y el tercio final se libera a una temperatura aún mayor, por encima de los 500 grados. Ya que el último incremento implica soportar temperaturas insólitamente altas, el nuevo trabajo de Autrey y sus colegas se centra en las dos primeras etapas, en las que se puede extraer dos tercios del hidrógeno.

En equipo de Autrey saturó de borano de amoníaco un andamiaje a escala nanométrica compuesto de sílice, un tipo de material empleado a menudo como sustrato para catálisis, ya que aporta un área superficial enorme para las reacciones. Hacer esto permitió que la reacción de liberación del hidrógeno tuviera lugar a temperaturas más bajas y por lo tanto se redujo la pérdida energética. En palabras del químico Autrey: “Apenas es exotérmico”. Esta diferencia es importante por dos razones. La primera porque permite que los ingenieros consideren emplear el calor que se pierde en las pilas de combustible para impulsar la reacción (las pilas de combustibles más comunes se calientan hasta los 85º). Y lo más importe, el cambio en las propiedades termodinámicas implican que conducir la reacción en sentido contrario (regenerar de algún modo el borano de amoníaco devolviéndole el hidrógeno) se vuelva más sencillo, al menos en teoría. Tal y como Autrey explica: “Si consigues regenerar el invento, no necesitas complicarte tanto la vida”.

Pero descubrir exactamente el modo de regenerar el borano de amoníaco a partir de los residuos producidos tras la extracción del hidrógeno sigue siendo un ladrillo duro de romper. Y T.-Raissi enfatiza que lograr reconstruir el borano de amoníaco es un punto necesario en el esquema, si se pretende hacerlo económico. También afirma que conseguirlo va a ser todo un reto. “Tienes que ser más listo que Haber y más astuto que Bosch”, comentó, refiriéndose a los químicos alemanes Fritz Haber y Carl Bosch, quienes a principios del siglo XX crearon un sistema pionero en la síntesis de amoníaco a partir de hidrógeno y nitrógeno combinando estos gases a altas temperaturas y presiones en presencia de catalizadores compuestos por osmio y uranio; el sistema que se usa hoy en día en todo el mundo para la fabricación de fertilizantes sintéticos.

Autrey está de acuerdo en que la regeneración es un punto crítico y comenta que él y sus colegas están trabajando en el problema en colaboración con otros investigadores del consorcio formado por el estado, la universidad y los laboratorios industriales que conforman el Centro de Excelencia para el Almacenamiento de Compuestos Químicos de Hidrógeno dependiente del Ministerio de Energía. Pero se muestra cauto y no comenta la clase de investigaciones que al respecto está haciendo su grupo. Quizás sus mejores esfuerzos fracasen y no logren resolver esta cuestión crítica. O, tal vez, gracias a las computadoras y a las herramientas experimentales y teóricas que no estaban disponibles hace un siglo, el equipo interdisciplinar de Autrey (u otro cualquiera) logren burlar a Haber y Bosch. Si lo consiguen, ayudarían a lograr que el hidrógeno fuera el combustible elegido para nuestros futuros vehículos.

¿Conseguiría este cambio aliviar la brecha energética y reducir la cantidad de dióxido de carbono liberado a la atmósfera? Todo depende del modo en que se obtenga el hidrógeno que, después de todo, solo actúa como un vector o portador de energía. Los escépticos señalan que probablemente se extraerá del gas natural, en cuyo caso la migración hacia un sistema de transporte basado en el hidrógeno no resolvería nuestras preocupaciones actuales. Pero al menos el término “gasolinera” tendría por fin algún sentido.—David Schneider

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Fuente noticia: American Scientist

Traducido por Miguel Artime para