ENERGÍA. Desarrollan sistema para la hidrogenación reversible de dióxido de carbono en ácido fórmico

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Fuente: Wei et al.

En los últimos años, los ingenieros han desarrollado un número creciente de soluciones de energía alternativa que obtienen electricidad de forma sostenible a partir de la luz solar, el agua, el viento, el hidrógeno y otros recursos naturales. 

Sin embargo, para que estas tecnologías sustituyan completamente las soluciones energéticas existentes, la energía que producen deberá almacenarse y distribuirse de manera confiable a gran escala.

Investigadores del Leibniz-Institut für Katalyse y APEX Energy Teterow GmbH han presentado recientemente una nueva estrategia que podría ayudar al almacenamiento de energía química, particularmente hidrógeno . En su artículo, publicado en Nature Energy , describen un sistema para la hidrogenación reversible de CO 2 a ácido fórmico, que emplea un complejo de pinza de manganeso como catalizador homogéneo  (Mn) y L-lisina, un α -aminoácido esencial.

En este proceso, inicialmente las funciones amino de la L-lisina se unen al CO 2 , formando el llamado derivado del ácido carbámico, que está en equilibrio con el bicarbonato correspondiente. La hidrogenación del CO 2 activado conduce a la formación de FA, y al bajar la presión, se puede liberar hidrógeno del sistema.

En estudios anteriores, los científicos introdujeron la idea de que el ácido fórmico (FA), un ácido carboxílico simple que se sabe que está contenido en el veneno de abeja y otros materiales naturales, podría ser un buen transportador de hidrógeno. Demostraron que se puede generar FA a partir de CO 2 , así como lo que se conoce como "hidrógeno verde" (es decir, hidrógeno producido al separar el agua en hidrógeno y oxígeno usando tecnología de energía renovable).

Transformación de ácido fórmico en hidrógeno y CO2. Fuente: Wei et al.

Si se necesita energía, el ácido fórmico se puede deshidrogenar fácilmente en condiciones suaves y proporcionar electricidad bajo demanda en celdas de combustible  bien establecidas. 

El nuevo sistema para la hidrogenación de CO 2  no requiere CO 2 nuevamente una vez que se completa el primer proceso de carga. De hecho, su diseño asegura que el CO 2 permanezca en el medio de reacción, lo que elimina la necesidad de CO 2 adicional .

Almacenamiento químico de hidrógeno. Fuente: Wei et al.

Los investigadores evaluaron su sistema en una serie de pruebas y demostraron que obtuvo resultados muy prometedores. En particular, encontraron que tanto el catalizador de manganeso como la L-lisina tenían una buena estabilidad y podían usarse varias veces. En general, su sistema alcanzó una facturación total de 2.000.000 para hidrogenación de CO2 y de 600.000 para deshidrogenación de FA.

Cuando utilizaron lisinato de potasio, los investigadores lograron una eficiencia de evolución de H 2 superior al 80 % y una retención de CO 2 superior al 99,9 % durante diez ciclos de carga y descarga, sin tener que recargar CO 2 entre estos ciclos. El equipo también descubrió que este proceso de hidrogenación reversible podría ampliarse considerablemente, sin reducir significativamente la productividad del sistema.

"Un hallazgo interesante de este trabajo es la analogía entre los sistemas de almacenamiento de hidrógeno y las baterías eléctricas tradicionales".

Batería química de hidrógeno neutral en carbono a partir de un catalizador CO2/ácido fórmico. Fuente: Wei et al.

En el futuro, el sistema de hidrogenación reversible de CO 2 a FA presentado por este equipo de investigadores podría ayudar a almacenar hidrógeno verde de manera más eficiente. Esto podría contribuir a la implementación a gran escala de pilas de combustible y otras tecnologías sostenibles basadas en hidrógeno.

Más información: Duo Wei et al, Reversible hydrogenation of carbon dioxide to formic acid using a Mn-pincer complex in the presence of lysine, Nature Energy (2022). DOI: 10.1038/s41560-022-01019-4