A medida que trabajamos hacia formas más sostenibles de impulsar nuestros estilos de vida, hay una búsqueda para cerrar la brecha entre los combustibles fósiles que emiten dióxido de carbono de los que dependemos para nuestras necesidades más básicas, y las tecnologías alternativas más limpias pero económicamente viables.
Con ese fin, un grupo de UC Santa Barbara ha explorado métodos mediante los cuales el metano (CH4) barato y abundante puede reducirse a hidrógeno de combustión limpia (H2) al tiempo que previene la formación de dióxido de carbono (CO2), un gas de efecto invernadero. Su informe, "Metales fundidos catalíticos para la conversión directa de metano en hidrógeno y carbono separable", aparece en la revista Science.
Producto de procesos tanto naturales como artificiales, el metano, el componente principal del gas natural, es una fuente importante de combustible para cocinar, calentar y alimentar nuestros hogares y se utiliza en la fabricación y el transporte. Como producto de desecho que es un gas de efecto invernadero más potente que el dióxido de carbono, es el objetivo de muchos esfuerzos para capturar y reducir dichas emisiones.
El reformado de metano "Steam" (SMR) se ha comercializado durante décadas y es el proceso más común para producir hidrógeno comercial. Sin embargo, señalan los investigadores, SMR consume cantidades significativas de energía y necesariamente produce dióxido de carbono, que normalmente se libera a la atmósfera. Cuando se introdujo el proceso, el CO2 no se consideró un problema. Pero a medida que nos volvimos más conscientes de los gases de efecto invernadero, se ha convertido en una preocupación mundial. El costo de operar el proceso SMR y los costos adicionales potenciales de los impuestos al carbono y el secuestro de carbono ponen a la producción de hidrógeno por SMR en riesgo de aumentos de costos significativos, especialmente en operaciones de menor escala que podrían proporcionar el hidrógeno necesario para los vehículos con celdas de combustible.
El equipo de UCSB incluye una colaboración de larga data sobre enfoques catalíticos para la conversión de gas natural entre el químico teórico y el profesor Horia Metiu y McFarland. Junto con el profesor de ingeniería química Michael Gordon, comenzaron a investigar el uso de metales fundidos y sales fundidas como sistemas catalíticos interesantes e inexplorados. El trabajo teórico de Metiu sugirió que las diferentes combinaciones de metales en aleaciones fundidas podrían proporcionar una mayor actividad catalítica para convertir el metano en hidrógeno y carbono sólido. Los investigadores han desarrollado un método de un solo paso mediante el cual el metano se puede convertir en hidrógeno, que no solo es más simple y potencialmente menos costoso que los métodos SMR convencionales, y resulta en una forma sólida de carbono que puede transportarse y almacenarse indefinidamente.
Eventualmente, continuó, para cuando la burbuja de metano alcanza la superficie, se ha descompuesto en gas de hidrógeno, que se libera en la parte superior del reactor; los sólidos de carbono que flotan hasta la parte superior del metal líquido pueden luego ser desnatados. En comparación con los métodos convencionales que dependen de las reacciones que ocurren en superficies sólidas, las superficies de aleación de metal fundido no se desactivan por la acumulación de carbono y pueden reutilizarse indefinidamente. La combinación de un metal líquido activo y su solubilidad en hidrógeno permite que la masa fundida absorba relativamente más hidrógeno y carbono de los que pueden estar presentes en las burbujas de gas. Esto permite que el proceso sea eficiente con metano de muy alta presión para producir hidrógeno a alta presión.
Bibligrafía
D. Chester Upham et al. Catalytic molten metals for the direct conversion of methane to hydrogen and separable carbon, Science (2017).
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