Investigadores descubren una forma segura, fácil y asequible de almacenar y recuperar hidrógeno

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Cambios reversibles en el color y las estructuras cristalinas durante el almacenamiento y la extracción de amoníaco mediante conversión química. Crédito: RIKEN

Investigadores del Centro RIKEN para la Ciencia de Materiales Emergentes (CEMS) en Japón han descubierto un compuesto que usa una reacción química para almacenar amoníaco, lo que puede proporcionar una forma más segura y fácil de almacenar este importante químico.

Este descubrimiento fue publicado en Revista de la Sociedad Química Estadounidense El 10 de julio no solo es posible almacenar amoníaco de manera segura y conveniente, sino que también permite transportar el importante hidrógeno. Este resultado debería ayudar a allanar el camino hacia una sociedad neutra en carbono con una economía de hidrógeno práctica.

Para que la sociedad haga el cambio de energía basada en carbono a energía basada en hidrógeno, necesitamos una forma segura de almacenar y transportar hidrógeno, que en sí mismo es altamente combustible. Una forma de hacerlo es almacenarlo como parte de otra molécula y extraerlo según sea necesario. Amoníaco, escrito químicamente como NH3es un buen portador de hidrógeno porque cada molécula contiene tres átomos de hidrógeno, y aproximadamente el 20 % del amoníaco es hidrógeno en peso.

Sin embargo, el problema es que el amoníaco es un gas altamente corrosivo, lo que dificulta su almacenamiento y uso. Actualmente, el amoníaco generalmente se almacena licuándolo a temperaturas muy por debajo del punto de congelación en recipientes resistentes a la presión. Los compuestos porosos también pueden almacenar amoníaco a temperatura y presión ambiente, pero la capacidad de almacenamiento es baja y el amoníaco no siempre se puede recuperar fácilmente.

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El nuevo estudio informa del descubrimiento de perovskita, un material con una estructura cristalina repetitiva característica, que puede almacenar fácilmente amoníaco y también permite su recuperación fácil y completa a temperaturas relativamente bajas.

El equipo de investigación dirigido por Masuki Kawamoto en RIKEN CEMS se centró en el yoduro de plomo y etilamonio de perovskita (EAPbI).3), químicamente escrito como CH3CH2nuevo hampshire3PBI3. Descubrieron que su estructura columnar unidimensional sufre una reacción química con amoníaco a temperatura y presión ambiente, transformándose dinámicamente en una estructura bidimensional llamada hidróxido de yoduro de plomo, o Pb(OH)I.

Como resultado de este proceso, el amoníaco se almacena dentro de una estructura en capas a través de la conversión química. Así, la EAPbI3 El amoníaco corrosivo se puede almacenar de forma segura como un compuesto de nitrógeno en un proceso mucho más económico que la licuefacción a -33 °C (-27,4 °F) en contenedores presurizados. Más importante aún, el proceso para recuperar el amoníaco almacenado es muy simple.

«Para nuestra sorpresa, el amoníaco almacenado en el yoduro de plomo y etilamonio se puede extraer fácilmente calentándolo suavemente», dice Kawamoto. El compuesto de nitrógeno almacenado sufre una reacción inversa a 50 °C (122 °F) al vacío y vuelve a convertirse en amoníaco. Esta temperatura está muy por debajo de los 150 °C (302 °F) o más necesarios para extraer amoníaco de compuestos porosos, lo que hace que EAPbI3 Un excelente medio para tratar con gases corrosivos en un proceso simple y rentable.

Además, después de volver a una estructura columnar unidimensional, las perovskitas se pueden reutilizar, lo que permite el almacenamiento y la extracción repetidos de amoníaco. Una ventaja adicional fue que el compuesto naturalmente amarillo se volvió blanco después de la reacción. Según Kawamoto, «la capacidad del compuesto para cambiar de color cuando se almacena amoníaco significa que se pueden desarrollar sensores colorimétricos de amoníaco para determinar la cantidad de amoníaco almacenado».

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El nuevo método de almacenamiento tiene muchos usos. A corto plazo, los investigadores han desarrollado una forma segura de almacenar amoníaco, que ya tiene múltiples usos en la sociedad, desde fertilizantes hasta medicamentos y textiles. «A largo plazo, esperamos que este método simple y efectivo pueda ser parte de la solución para lograr una sociedad neutra en carbono mediante el uso de amoníaco como hidrógeno libre de carbono», dice el coautor Yoshihiro Ito de RIKEN CEMS. .

Esta investigación ayudará a alcanzar los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) de 2016 establecidos por las Naciones Unidas, especialmente el Objetivo 7: Energía limpia y asequible y el Objetivo 13: Acción climática.

más información:
Almacenamiento químico de amoníaco a través de la transformación estructural dinámica de un compuesto híbrido de perovskita. Revista de la Sociedad Química Estadounidense (2023). DOI: 10.1021/jacs.3c04181

Información del diario:
Revista de la Sociedad Química Estadounidense


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