Un microrreactor para producir hidrógeno 100 veces más pequeño

Investigación UPV/EHU

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Las pilas de combustible podrían ser una alternativa a las baterías de los nuevos vehículos eléctricos. Convierten en electricidad la energía que surge de la combinación de hidrógeno y oxígeno, con el vapor de agua como único residuo. Es decir, generan energía del mismo modo que las baterías, pero sin contaminar.

Sin embargo, para que esas pilas de combustible generen energía, deben ser alimentadas de hidrógeno desde el exterior, y, hoy por hoy, existen dificultades para almacenar el hidrógeno de forma segura. Es por ello que puede ser una buena opción utilizar una infraestructura que genere hidrógeno gaseoso en la misma pila. En estos casos, el metanol es uno de las alternativas más importantes que se utiliza para generar hidrógeno. El inconveniente de usar metanol es que junto al agua se producirá una cierta cantidad de dióxido de carbono, eso sí, mucho menor por unidad energética que usando combustibles convencionales.

La dificultad de este tipo de pilas de combustible está en la producción del hidrógeno a partir de metanol de forma eficiente y limpia usando estructuras lo más pequeñas posibles. Un equipo de investigadores de la UPV/EHU dirigidos por Mario Montes ha desarrollado un microrreactor cien veces más pequeño que un sistema reactor convencional, usando microcanales. Los resultados se han publicado en Applied Catalysis A: General.

«No es tarea fácil desarrollar un reactor compuesto de microcanales» ha explicado Oihane Sanz, investigadora del Departamento de Química Aplicada de la UPV/EHU. «Es indispensable realizar con sumo cuidado la elección de los materiales, la mecanización de los microcanales, el montaje del sistema y el recubrimiento catalítico, entre otros».

Los reactores compuestos de microcanales mejoran la transferencia de calor en el proceso de convertir el metanol en hidrógeno. Gracias a ello, la temperatura de reacción se controla de forma adecuada, y, por lo tanto, se minimizan los puntos calientes en los que surge el carbono monóxido (CO). Y es que si se genera CO se puede contaminar la pila de combustible con la consiguiente pérdida de rendimiento.

Del mismo modo, elegir un catalizador y utilizar un método de colocación adecuado son condiciones indispensables para que la reacción se lleve a cabo de la forma más eficiente. «Una del las mayores dificultades de esos reactores formados por microcanales consiste en introducir el catalizador en esos canales tan pequeños. Es por ello que el objetivo de este trabajo de investigación ha sido diseñar un catalizador estable, e instalarlo en el sistema de la mejor manera posible», explica Sanz. En los procesos de consecución de hidrógeno partiendo de metanol, se emplean catalizadores de paladio (Pd), y eso mismo han hecho los investigadores en este caso. En concreto, han utilizado el PdZnO. A menudo, «al integrar los catalizadores en reactores formados por microcanales, se pierden las características de los catalizadores. Sin embargo, con los catalizadores empleados en este estudio, además de mantener sus características, hemos conseguido llevar a cabo el proceso fácilmente», añade.

Con una infraestructura y un catalizador adecuados, el microrreactor diseñado por los investigadores de la UPV/EHU produce 30 litros de hidrógeno a la hora por cada gramo de catalizador empleado (30L H2/h.g); la conversión de metanol es de un 95%, y la producción de carbono monóxido (CO) inferior a un 1%. «Se han documentado sistemas que producen una mayor cantidad de hidrógeno (hasta 50 L H2/h.g), pero la conversión de metanol es menor (de un 80%, y, en algunos casos, de un 4%), y, además, se generan productos marginales» añade Sanz. Al fin y al cabo, este diseño «nos permite desarrollar un proceso más limpio, más seguro y con menos costes», concluye Sanz.

Referencia:

F.J. Echave, O. Sanz, M. Montes (2014) «Washcoating of micro-channel reactors with PdZnO catalyst for methanol steam reforming» Applied Catalysis A: General: 159 -167. DOI: 10.1016/j.apcata.2013.07.058

Edición realizada por César Tomé López a partir de materiales suministrados por UPV/EHU Komunikazioa

8 comentarios

  • Avatar de Tojeiro

    Muy interesante esta tecnología. Antes del avance en las baterías eléctricas en los coches pensé que este seria el futuro de la automoción, las pilas de combustible de hidrógeno. A día de hoy creo que el hidrógeno es demasiado difícil de almacenar para que se incluya en un sistema portátil como el de los vehículos.

    Aún sigo pensando eso si, que es un vector muy eficiente y limpio pero mas pensado para instalaciones fijas o sistemas mas voluminosos (maquinaria industrial).

    Pero la estabilidad del metanol si permitiría mantener la pila de combustible en el diseño de los vehículos, incluso podría darse el caso de un mismo surtidor de metanol usándose para vehículos de distinta tecnología: de combustión, de combustión con baterías eléctricas , de pila de combustible con baterías, etc. Las combinaciones son muchas y las marca la eficiencia del sistema final.

  • Avatar de Jaume Gil

    No lo veo claro. Si se usa metanol para obtener CO2 y hidrógeno (lamento no disponer de subíndices) y luego el hidrógeno se oxida a agua, lo que tenemos es exactamente lo mismo que una combustión de metanol.
    Habida cuenta de las leyes de la termodinámica la energia que se puede obtener mediante las dos reacciones (obtención de H2 y luego combustión del H2) es la misma que si se quema directamente el metanol.
    ¿Dónde se le ve la ventaja? El vehículo deberá ir cargado con un combustible de metanol, ¿por qué no se usa directamente el metanol como combustible?

    Es decir, la combustión del metano

    • Avatar de Teresa Valdes-Solis (@tvaldessolis)

      La diferencia fundamental reside en la eficiencia de los procesos. La combustión es menos eficiente que la pila de combustible y requiere metanol puro (aunque luego se utiliza generalmente mezclado con gasolina para evitar problemas). En la pila de combustible se alimenta hidrógeno que se obtiene de una mezcla 50:50 de metanol y agua, con lo que resulta más fácil la integración de biometanol, sin necesidad de eliminar completamente el agua.

      • Avatar de Teresa Valdes-Solis (@tvaldessolis)

        Se me olvidó decir que los sistemas que usan metanol como combustible necesitan depósitos mayores (lo que perjudica el peso del vehículo y la disponibilidad de espacios de almacenaje) mientras que para reformado+pila las dimensiones serían parecidas a las actuales.

  • Avatar de Carlos Arias

    Muy interesante desarrollar estas aplicaciones a nivel micro, no contar con los espacios suficiente en los equipos móviles, es lo que ha frenado el uso masivo de la electricidad y ahora asoman nuevas formas de generación de energía limpia en dimensiones manejables, adelante en perfeccionar y colocar en productivo esta nueva facilidad.

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