•Notícia

Investigadors de la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) i del Consell Superior d'Investigacions Científiques (CSIC) han desenvolupat i patentat un catalitzador per obtenir hidrogen a partir d’etanol que podria ser la solució definitiva per al transport basat en hidrogen.

Consisteix en una peça de ceràmica amb canals en el seu interior i que ha estat recoberta amb un aerogel, un material molt porós i transparent, que conté nanopartícules de cobalt. Són aquestes partícules de cobalt les que actuen transformant l’etanol en hidrogen.

Per al seu funcionament, el catalitzador ha de ser escalfat a la temperatura de reacció (uns 310 graus C). Llavors, una barreja d’etanol i aigua, en forma de gas, passa a través dels canals de la ceràmica i surt en forma d'hidrogen i CO2. Per cada molècula d’etanol i tres d'aigua s'obtenen sis molècules d'hidrogen i dos de CO2.

Aquest dispositiu té un gran potencial per al desenvolupament de piles de combustible (‘fuel cell’) d'hidrogen. Els directors de la recerca, Jordi Llorca, professor de la UPC a l'Institut de Tècniques Energètiques (INTE), i Elies Molins, professor d'investigació del CSIC a l'Institut de Ciència de Materials de Barcelona, indiquen que un dels principals avantatges del dispositiu és el guany energètic.

“L'energia de cada molècula d’etanol correspon a la de 5 molècules d'hidrogen”, explica Molins, professor del CSIC. “Però en el nostre catalitzador s'obtenen 6 molècules d'hidrogen, atès que en la reacció s'absorbeix calor. Així, la calor residual de la pila de combustible (o de qualsevol altra font) s'aprofita i augmenta encara més el rendiment global del sistema”. Es tracta doncs d'un circuit realimentat on l'energia per activar el catalitzador la pot generar parcialment la pròpia pila de combustible.

En la recerca també han participat Montserrat Domínguez i Elena Taboada, estudiants de doctorat de la UPC i del CSIC.

Aquest catalitzador pot acostar la solució definitiva al transport per hidrogen. Actualment hi ha més d'un centenar de prototips d'automòbils que funcionen amb hidrogen, que transporten l'hidrogen en dipòsits a altes pressions, així com algunes estacions dispensadores d'hidrogen (hidrogeneres). Però estendre aquest model suposa una gran inversió econòmica, no només per reemplaçar tota la infraestructura lligada a la gasolina sinó per generar suficients mesures de seguretat (l'hidrogen és un gas inflamable i explosiu).

Aquest canvi d'infraestructura es podria evitar si es disposés d'un dispositiu per generar l'hidrogen en el mateix automòbil. És el que persegueixen científics d’arreu del món des de fa uns anys, però fins a ara cap catalitzador semblava viable.

El gran avantatge d'aquest catalitzador i que el fa més viable que altres desenvolupats anteriorment és que no necessita cap tractament previ ni ser preservat del contacte amb l'aire o la humitat. “Tots els catalitzadors que s'han investigat fins a la data necessiten un tractament de reducció [procés químic destinat a disminuir l'estat d'oxidació], cosa que suposa deixar el catalitzador amb hidrogen i a altes temperatures durant unes hores abans de cada ús”, explica Jordi Llorca, de l'INTE. En canvi, el catalitzador desenvolupat en els laboratoris del CSIC i la UPC no necessita cap inducció ni acondicionament i pot ser reutilitzat en cicles d'encesa/apagat de manera indefinida.

Altres avantatges són que la temperatura requerida és molt més baixa que la d'altres catalitzadors i que la producció d'hidrogen és ràpida: en tot just dos minuts s'obté hidrogen. D'altra banda, si es compara el consum d'un cotxe que funcioni amb etanol amb l'hipotètic consum d'un cotxe basat en aquest catalitzador, els comptes també són rendibles: càlculs preliminars indiquen que el consum es podria reduir en un 25%.

Des del punt de vista mediambiental, el catalitzador segueix produint CO2, encara que molt menys que un cotxe de motor basat en combustibles fòssils. D'altra banda, els investigadors estan assajant el dispositiu amb combustibles sintètics obtinguts d'altres fonts alternatives (residus per exemple). Actualment els investigadors estan col·laborant amb el sector empresarial per implementar el desenvolupament en aplicacions reals. Aquestes poden donar-se tant en el sector de l'automoció com en la generació d'energia de sistemes estàtics, com calderes o generadors auxiliars, o en l'àmbit dels dispositius portàtils.

Encara queda molt treball per desenvolupar sobre aquestes aplicacions, però ja s'ha donat un primer gran pas en aconseguir dipositar les nanopartícules en un aerogel sobre un suport comercial ceràmic, que es fa servir, de fet, en molts dispositius industrials, de manera que per assajar les primeres aplicacions n’hi hauria prou amb escalar el prototip.

En un motor d'explosió amb un litre d’etanol es poden obtenir 24.5 MJ (megajoules) d'energia, mentre que amb un de gasolina, 32.7 MJ. Emprant el catalitzador desenvolupat per la UPC i el CSIC, un litre d’etanol es transforma en 2,4 litres d'hidrogen (en condicions normals), que poden produir 24.8 MJ.

Pel que fa a l'eficiència d'energia, un vehicle funcionant amb piles de combustible d'hidrogen té un rendiment mig d'un 36% en un trajecte a diferents règims segons la normativa NEDC (New European Driving Cycle). És a dir, dels 24,8 MJ d'energia produïts, un 36% es converteixen en moviment efectiu del cotxe. Segons la mateixa norma NEDC, un vehicle amb motor d'explosió té un rendiment del 22%.

D'altra banda, el màxim teòric de rendiment en un motor de combustible és del 37%, mentre que un funcionant amb piles de combustible d'hidrogen té el seu límit màxim teòric en el 85%.