Un avance hace que de repente sea fácil dividir y almacenar un gas

15 julio 2022

Ellen Phiddian es periodista científica en Cosmos. Tiene una licenciatura (con honores) en química y comunicación científica, y una maestría en comunicación científica, ambas de la Universidad Nacional de Australia.

Cualquiera que haya atado un globo sabe lo difícil que es almacenar gas. Se necesita mucha más energía y esfuerzo para hacerlo a escala, lo que molesta seriamente a muchas personas en la industria energética. La llegada del combustible de hidrógeno y la captura de carbono sólo hará que este problema sea más prominente.

Aún más complicado es separar mezclas de gases, como los diversos gases a base de carbono emitidos por la extracción y refinación de combustibles fósiles. Tanto para separar como almacenar, la industria normalmente depende de enfriar los gases hasta que se convierten en líquidos, lo cual es un proceso que consume mucha energía y recursos.

Pero un avance de investigadores australianos podría cambiar esto. Su método funciona a temperatura y presión ambiente y requiere sólo un poco de nitruro de boro y algunos rodamientos de bolas.

Hasta ahora, los investigadores han demostrado que puede separar diferentes tipos de gases de hidrocarburos, como metano y acetileno, que luego puede almacenar de forma limpia y eficiente. También podría funcionar con hidrógeno o posiblemente con dióxido de carbono.

La técnica utiliza un compuesto llamado nitruro de boro, que está compuesto (como era de esperar) de boro y nitrógeno. El polvo de nitruro de boro se introduce en un molino de bolas (un triturador giratorio) con el gas o gases de interés.

"Cuando pusimos por primera vez estos hidrocarburos en el nitruro de boro, el gas desapareció por completo", dice el Dr. Srikanth Mateti, investigador del Instituto de Materiales Fronterizos de la Universidad Deakin.

El resultado fue tan inusual que Mateti y sus colegas tuvieron que repetirlo varias veces antes de estar seguros de que no era un error.

“Luego lo intentamos nuevamente 20, 30 veces. ¿Por qué estaba pasando esto? ¿Fue el experimento, o una fuga de gas, no estaba bien sellado? Modificamos todos los parámetros y aún así se comportó igual”.

Los investigadores se dieron cuenta de que su nitruro de boro podía unirse muy bien a algunos gases. Los gases a los que se une son clases de compuestos llamados “olefinas” y “alquinos”; el acetileno, un combustible común, es un tipo de alquino.

Pudieron descubrir una razón química para esto.

"La configuración electrónica del nitrógeno y la configuración de ciertas moléculas de gas coinciden", dice Mateti.

La combinación de nitruro de boro y el molino de bolas crea una reacción mecanoquímica que absorbe gases de olefina y alquino en el polvo. Pero ignora otros gases, como el metano.

Esto significa que una mezcla de metano y acetileno, que son químicamente muy similares, se puede separar fácilmente. También significa que el acetileno podría transportarse de forma segura de un lugar a otro en forma de polvo.

Cuando el polvo se calienta al vacío, libera nuevamente el gas.

El polvo de nitruro de boro es reutilizable. Todo el proceso es muy eficiente desde el punto de vista energético y utiliza sólo unos 80 kilojulios por segundo para almacenar 1.000 litros de gas.

Si bien los investigadores han demostrado que esto funciona para el acetileno y el etileno, confían en que podría adaptarse para almacenar otros gases, como hidrógeno o dióxido de carbono.

"Estamos trabajando en eso", dice Mateti.

Dice que el sistema también funcionaría para separar y eliminar las impurezas de carbono del hidrógeno antes de usarlo en pilas de combustible. “Si el hidrógeno no es puro, destruirá la pila de combustible. Por eso es necesario tener algún tipo de sistema de purificación. Puedes usar el nuestro”.

Los investigadores han podido separar fácilmente un par de litros de gas en su laboratorio. Debido a que utiliza un método industrial común, debería ser un proceso fácil de ampliar.

"Sólo necesitamos optimizar algunos parámetros: las recetas de cocina", afirma Mateti. "Como el contenido de los gases, la cantidad de material que se necesita y la cantidad de molienda de bolas".

Han presentado una solicitud de patente provisional para el proceso y están buscando ponerlo a prueba a escala industrial.

Un artículo que describe su descubrimiento se publica en Materials Today.

Publicado originalmente por Cosmos como Un enfoque radicalmente diferente para almacenar y dividir gas.

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