Un proceso para producir hidrógeno y fertilizantes al mismo tiempo

Este nuevo concepto podría permitir combinar las necesidades de industrias hasta ahora separadas, como son la producción de hidrógeno y de fertilizantes.

Un equipo de investigadores de la Alianza Universitaria del Ruhr (Alemania) ha descubierto un catalizador que puede utilizarse para convertir el amoníaco en hidrógeno, vector energético, y nitrito, precursor de los fertilizantes. Hasta ahora, la producción de hidrógeno y la de fertilizantes eran procesos químicos separados. Con este nuevo enfoque, el equipo de la Universidad del Ruhr de Bochum y la Universidad de Duisburg-Essen demuestra que ambos pueden combinarse a escala de laboratorio.

El grupo de Bochum, dirigido por Ieva Cechanaviciute y el profesor Wolfgang Schuhmann, junto con Bhawana Kumari y la profesora Corina Andronescu, de la Universidad de Duisburgo-Essen, han publicado los resultados de su investigación en la revista Angewandte Chemie International Edition.

El hidrógeno puede producirse dividiendo el agua (H2O) en hidrógeno (H2) y oxígeno (O2) mediante energía eléctrica. Para que este proceso sea sostenible, la energía debe proceder de fuentes renovables. «Esto sólo puede hacerse en un país donde haya mucho espacio para la energía eólica y mucho sol para la fotovoltaica, por ejemplo en Namibia», explica Wolfgang Schuhmann. Por tanto, para construir una economía basada en el hidrógeno en Alemania, hay que importarlo de otros países. El quid de la cuestión es que se necesita mucha energía para licuar el hidrógeno para el transporte, ya que sólo se vuelve líquido a temperaturas extremadamente bajas, de 253 grados Celsius bajo cero, o a altas presiones.

El amoníaco es más fácil de transportar

Por tanto, los conceptos alternativos prevén convertir el hidrógeno en amoníaco en el lugar de producción, ya que éste se convierte en líquido a menos 33 grados Celsius. Además, tiene una mayor densidad energética. «Un camión cisterna lleno de amoníaco líquido transportaría unas 2,5 veces más energía que un camión cisterna lleno de hidrógeno líquido», explica Schuhmann. Por último, el amoníaco tendría que volver a convertirse en hidrógeno en el punto de uso. Esto suele hacerse mediante la reacción inversa de Haber-Bosch, en la que el amoníaco (NH3) se convierte en nitrógeno (N2) e hidrógeno (H2). Sin embargo, de los dos productos, sólo el hidrógeno puede utilizarse de forma rentable.

«Por eso tuvimos la idea de combinar la reacción inversa de Haber-Bosch con una segunda electrólisis del agua para obtener un producto que pudiera utilizarse fácilmente para la producción de fertilizantes, como nitrito o nitrato, en lugar de nitrógeno», explica Ieva Cechanaviciute. En esta reacción, el amoníaco (NH3) y el agua (H2O) se consumen para producir nitrito (NO2-) e hidrógeno (H2). A diferencia de la reacción inversa de Haber-Bosch, la producción de hidrógeno se duplica y, en lugar de nitrógeno no aprovechable, se produce principalmente nitrito, que puede transformarse en fertilizante.

Para la reacción, el equipo utilizó electrodos de difusión de gas en los que se puede introducir amoníaco como gas. «Esto no se había hecho nunca», explica Wolfgang Schuhmann. «El amoníaco siempre se utilizaba en forma disuelta».

Encontrar el catalizador adecuado

Un reto para los investigadores fue encontrar un catalizador adecuado con el que poder hacer realidad su idea. Esto se debe a que el material de partida, el NH3, tiende a convertirse en nitrógeno debido al fortísimo triple enlace nitrógeno-nitrógeno y no en nitrito. «Primero tuvimos que salvar este Gran Cañón termodinámico», explica Cechanaviciute. En trabajos anteriores, el equipo ya había experimentado con catalizadores multimetálicos, que resultaron adecuados para este fin. Consiguieron convertir en nitrito el 87% de los electrones transferidos. El equipo también consiguió evitar el oxígeno como subproducto indeseable de la electrólisis del agua.

«Nuestro trabajo demuestra que nuestro experimento Gedanken puede funcionar en principio», resume Wolfgang Schuhmann. «Pero aún estamos muy lejos de la implementación técnica a escala industrial», advierte.