Un método electroquímico obtiene hidrógeno puro a partir de amoníaco

El hidrógeno puede mover una pila de combustible sin producir dióxido de carbono en el punto de uso, pero no es una sustancia cómoda de transportar. Como gas ocupa mucho volumen; para moverlo en grandes cantidades suele hacer falta comprimirlo o enfriarlo hasta volverlo líquido, dos opciones exigentes en energía e infraestructura. Por eso una parte de la investigación energética busca una alternativa: guardarlo dentro de moléculas más fáciles de almacenar y liberarlo solo cuando se necesita.

Un equipo del Instituto Tecnológico de Massachusetts presentó ahora una forma electroquímica de extraer hidrógeno puro a partir de amoníaco, una molécula formada por nitrógeno e hidrógeno que ya se produce y transporta a gran escala. El trabajo, publicado en Nature, combina un catalizador con una membrana basada en paladio y un electrolito de hidróxido fundido. En conjunto, el sistema no solo ayuda a romper el amoníaco, sino que también separa el hidrógeno mientras se forma.

La diferencia con los procesos habituales está en la temperatura y en la pureza del producto. La descomposición térmica del amoníaco, a menudo llamada craqueo, suele requerir temperaturas por encima de los 500 grados Celsius para avanzar con suficiente rapidez. Además, la mezcla resultante contiene hidrógeno, nitrógeno y restos de amoníaco, por lo que necesita etapas adicionales de purificación si se quiere usar en aplicaciones sensibles, como pilas de combustible o algunos procesos de fabricación de semiconductores.

En el diseño descrito por los investigadores, el amoníaco primero entra en contacto con un catalizador que contiene rutenio y cesio. Allí libera hidrógeno, que llega a una membrana de paladio. Esa membrana deja pasar selectivamente al hidrógeno y evita que otros componentes crucen. Del otro lado, una celda electroquímica crea una diferencia que funciona como una bomba: atrae al hidrógeno a través de la membrana, lo separa en protones y electrones, y luego vuelve a reunirlos para formar una corriente de hidrógeno gaseoso.

Esa extracción continua también cambia el equilibrio de la reacción. Si el hidrógeno se acumula cerca del catalizador, puede frenar la descomposición del amoníaco; al retirarlo a medida que aparece, el sistema empuja el proceso hacia adelante. Según el artículo, la celda permitió enriquecer hidrógeno desde una mezcla diluida hasta una corriente pura a 1 atmósfera y aumentó cuatro veces la tasa de separación a 300 grados Celsius frente a una separación impulsada por diferencia de presión. Cuando se acopló al catalizador, logró conversiones de hasta 91% para amoníaco y 94% para metilciclohexano a 250 grados Celsius.

El metilciclohexano pertenece a otra familia de moléculas estudiadas como portadoras líquidas de hidrógeno. Que el mismo enfoque funcione con más de un compuesto sugiere que la idea no está limitada al amoníaco, aunque todavía falta demostrar cuánto puede escalar y con qué eficiencia operaría fuera del laboratorio. La propuesta es atractiva porque une dos pasos que suelen tratarse por separado: liberar el hidrógeno de una molécula portadora y obtenerlo con la pureza necesaria para usos exigentes.

El resultado no convierte por sí solo al amoníaco en una solución limpia. El balance climático dependerá de cómo se fabrique ese amoníaco, porque hoy gran parte de la producción industrial sigue ligada a combustibles fósiles. También quedan problemas de ingeniería: el paladio es caro, las membranas deben resistir condiciones de operación prolongadas y cualquier sistema basado en amoníaco necesita manejar una sustancia tóxica con protocolos estrictos.

Aún con esas cautelas, el estudio apunta a un cuello de botella real de la economía del hidrógeno. No basta con producir hidrógeno bajo en carbono; también hay que moverlo, almacenarlo y entregarlo en forma útil. Si los portadores químicos pueden liberar una corriente pura con menos calor y menos purificación posterior, podrían acercar el uso del hidrógeno a lugares donde transportarlo directamente sería poco práctico.