Un equipo de investigadores del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) ha desarrollado un novedoso método electroquímico que permite extraer hidrógeno puro a partir del amoníaco. Este avance, que combina el uso de electricidad con reacciones químicas, busca optimizar el suministro de este gas, el cual es fundamental para el funcionamiento de celdas de combustible, la fabricación de semiconductores y diversos procesos químicos industriales.
La investigación, cuyos resultados fueron publicados en la revista científica Nature, propone una solución a uno de los mayores desafíos del hidrógeno: su distribución. El hidrógeno gaseoso es difícil de transportar de manera eficiente, ya que requiere procesos costosos de compresión o licuefacción. Como alternativa, el uso de "portadores de hidrógeno" —compuestos líquidos que almacenan el gas y lo liberan según sea necesario— se ha vuelto una opción viable. El amoníaco (NH3) destaca entre estos portadores debido a que ya cuenta con una infraestructura establecida de producción y transporte a largas distancias.
Sin embargo, la liberación del hidrógeno a partir del amoníaco, proceso conocido como "craqueo", ha sido tradicionalmente ineficiente. La descomposición convencional suele requerir temperaturas superiores a los 500 °C para alcanzar tasas aceptables de reacción y conversión. Además, este método produce una mezcla de hidrógeno, nitrógeno y amoníaco no reaccionado, lo que obliga a implementar una etapa posterior de purificación para obtener la alta pureza que exigen aplicaciones industriales avanzadas.
El sistema desarrollado en el MIT rompe este esquema al operar a temperaturas significativamente más bajas, situándose entre los 200 °C y los 300 °C. Según informó MIT News, el portal del instituto, esta reducción de temperatura permite recuperar el gas bajo condiciones más moderadas, eliminando el alto consumo energético asociado a la purificación posterior.
Yogesh Surendranath, profesor Donner de Ciencias y profesor de química e ingeniería química en el MIT y autor de correspondencia del estudio, explicó que el objetivo era utilizar aportes eléctricos para impulsar una reacción de deshidrogenación que, de otro modo, sería desfavorable. El propósito era lograr que el hidrógeno se separara de su portador de manera simultánea a la reacción, resultando en una corriente de gas muy puro lista para ser utilizada directamente en celdas de combustible u otras aplicaciones.
El diseño técnico de este sistema se basa en una pieza central que integra tres elementos clave: una membrana de separación fabricada con paladio, un electrodo generador de hidrógeno y un electrolito de hidróxido fundido, que es la sustancia líquida encargada de conducir la corriente eléctrica. En el proceso, el amoníaco se deshidrogena primero mediante un catalizador compuesto por rutenio y cesio.
Una vez que el hidrógeno llega a la membrana de paladio, la diferencia electroquímica actúa como un vacío que atrae el gas hacia el otro lado de la barrera. Para cruzarla, el hidrógeno se descompone en protones (carga positiva) y electrones (carga negativa). Los protones atraviesan el electrolito mientras que los electrones viajan a través de un circuito externo. Finalmente, ambos se recombinan en un segundo electrodo para formar nuevamente hidrógeno gaseoso puro.
Esta capacidad de "bombear" activamente el hidrógeno desde concentraciones bajas hacia concentraciones altas favorece la reacción de deshidrogenación, especialmente en situaciones donde la presencia de hidrógeno suele inhibir el proceso. Gracias a la selectividad de la membrana, se obtiene un producto concentrado sin necesidad de pasos adicionales de limpieza.
Curtis Berlinguette, profesor de la Universidad de Columbia Británica y experto ajeno al estudio, describió el método como una "poderosa nueva forma" de resolver la obtención de hidrógeno puro. Berlinguette destacó que el uso de electricidad para arrastrar el hidrógeno a través de la membrana acelera la deshidrogenación tanto del amoníaco como de otros portadores orgánicos líquidos, abriendo una vía creíble para el transporte y liberación del gas según la demanda.
De hecho, el equipo del MIT ya ha probado esta estrategia con el metilciclohexano, una molécula perteneciente a los portadores orgánicos líquidos de hidrógeno (LOHC). Esto demuestra la versatilidad del método para diferentes tipos de compuestos químicos.
En cuanto a sus aplicaciones prácticas, los investigadores prevén que este sistema sea implementado en automóviles, autobuses y barcos. Asimismo, tiene un potencial crítico en la industria electrónica, ya que el hidrógeno puro es esencial en la fabricación de semiconductores para elevar el rendimiento de la producción y reducir defectos en las superficies de los componentes.
Actualmente, el equipo trabaja en optimizar el costo del sistema, ya que el paladio es un metal costoso y buscan reducir la cantidad necesaria para la fabricación de la membrana. Además, se encuentran escalando el proceso y adaptándolo a otras reacciones de deshidrogenación con potencial industrial. Este proyecto contó con la financiación de la Fundación Nacional de Ciencias de Estados Unidos.
