Un equipo de investigación formado por el NIMS y el Instituto de Tecnología de Tokio ha identificado materiales capaces de catalizar la conversión de ortohidrógeno en parahidrógeno. Estos catalizadores deberían ser esenciales para la difusión del transporte/almacenamiento masivo de hidrógeno líquido. La investigación se publica en la revista Exploration. .
El hidrógeno está adquiriendo una amplia aceptación como fuente de energía alternativa a los combustibles fósiles. Su licuefacción (a temperaturas inferiores a -253°C y presiones superiores a una atmósfera) puede reducir drásticamente su volumen, haciéndolo apto para el transporte y el almacenamiento. Moléculas de hidrógeno (H2 ), cada uno compuesto por dos átomos de hidrógeno, existen en dos formas isoméricas:orto- y para-H2 .
En condiciones normales, orto- y para-H2 están presentes en una proporción de 3:1, con orto-H2 ligeramente más inestable energéticamente que para-H2 . Enfriamiento gradual de H2 a su temperatura de licuefacción provoca que todo el orto-H2 para convertir a para-H2 , produciendo H2 líquido estable .
Enfriamiento rápido de H2 bajo alta presión, necesaria para la licuefacción, retrasa la conversión de orto a para durante el proceso de enfriamiento, dejando cantidades considerables de orto-H2 en el líquido H2 producido. El orto-H2 residual las moléculas continúan isomerizándose a para-H2 Durante el almacenamiento, se produce una vaporización parcial del H2 líquido. y resultando en una pérdida significativa de H2 y energía.
La elección de catalizadores adecuados antes del proceso de licuefacción puede resolver este problema debido a la conversión acelerada de orto a para. Sin embargo, los catalizadores existentes eran incapaces de acelerar adecuadamente la conversión y, por tanto, era deseable desarrollar otros más eficaces.
Este equipo de investigación evaluó la capacidad de más de 170 materiales sólidos, incluidos metales y cristales iónicos, para catalizar la conversión de orto a para. El equipo descubrió que el óxido de manganeso (Mn3 O4 ) y el óxido de cobalto (CoO) mostraron un rendimiento catalítico significativamente mayor que los catalizadores convencionales a base de óxido de hierro. Además, el equipo identificó factores importantes que influyen en las actividades catalíticas de estos materiales a la hora de acelerar la conversión de orto a para.
La licuefacción de hidrógeno es crucial para el transporte marítimo de hidrógeno a larga distancia desde los principales productores/exportadores de hidrógeno (en particular, Australia y Oriente Medio) hasta los importadores de hidrógeno, como Japón.
Se espera que las directrices de diseño de catalizadores y los catalizadores de alto rendimiento desarrollados en este proyecto de investigación ayuden enormemente a Japón a avanzar en su plan para poner en práctica el concepto de economía del hidrógeno.
Más información: Hideki Abe et al, Exploración de catalizadores heterogéneos para la conversión orto-para de hidrógeno molecular, Exploración (2023). DOI:10.1002/EXP.20230040
Proporcionado por el Instituto Nacional de Ciencia de Materiales
