Los motores de combustión interna que queman hidrógeno son muy prometedores en la lucha contra el cambio climático porque son potentes sin emitir carbono que calienta la Tierra.
Pueden alimentar camiones y autobuses pesados y son adecuados para equipos agrícolas y todoterreno y generadores de energía de respaldo, proporcionando alternativas más limpias a los motores diésel.
Sin embargo, no están del todo limpios. Emiten óxidos de nitrógeno durante el proceso de combustión a alta temperatura. Los óxidos de nitrógeno reaccionan con otros compuestos de la atmósfera para formar ozono nocivo y partículas finas, que agravan nuestros pulmones y provocan problemas de salud a largo plazo.
Afortunadamente, los científicos de UC Riverside han descubierto un método de bajo costo para reducir significativamente esta contaminación de los motores de hidrógeno al mejorar la eficiencia de sus convertidores catalíticos.
Como informa la revista Comunicaciones de la naturalezalos investigadores descubrieron que la infusión de platino en convertidores catalíticos con un material altamente poroso llamado zeolitas Y mejora en gran medida las reacciones entre los óxidos de nitrógeno y el hidrógeno, convirtiéndolos en gas nitrógeno y vapor de agua inofensivos.
En comparación con un catalizador sin zeolitas, la cantidad de óxidos de nitrógeno convertidos en sustancias inofensivas aumenta entre cuatro y cinco veces con una temperatura del motor de 250 grados centígrados, según el estudio. El sistema fue particularmente efectivo a temperaturas más bajas, lo cual es crucial para reducir la contaminación cuando los motores arrancan por primera vez y todavía están relativamente fríos.
Es más, la tecnología también puede reducir la contaminación de los motores diésel equipados con sistemas de inyección de hidrógeno, explicó Fudong Liu, autor correspondiente y profesor asociado de ingeniería química y ambiental en la Facultad de Ingeniería Bourns de la UCR. La inyección de hidrógeno sería similar a los sistemas de inyección utilizados en los sistemas de reducción catalítica selectiva para camiones diésel de gran tamaño.
Las zeolitas son materiales de bajo costo con una estructura cristalina bien definida compuesta principalmente por átomos de silicio, aluminio y oxígeno. Su gran superficie y su estructura tridimensional en forma de jaula de poros y canales uniformes permiten una descomposición más eficiente de los contaminantes.
Al mezclar físicamente platino con zeolita Y, un tipo sintético de la familia más amplia de compuestos de zeolita, los investigadores crearon un sistema que captura eficazmente el agua generada durante el proceso de combustión de hidrógeno. Este entorno rico en agua promueve la activación del hidrógeno, que es clave para mejorar la eficiencia de la reducción del nitrógeno.
Shaohua Xie, científico investigador de la UCR y autor principal del estudio, explicó que la zeolita en sí no es un catalizador. En cambio, mejora la eficacia del catalizador de platino al crear un entorno rico en agua. Liping Liu, Ph.d. El estudiante y Hongliang Xin, profesor asociado de Virginia Tech, validaron aún más este concepto mediante el modelado teórico del nuevo sistema catalizador.
«Este concepto también puede aplicarse a otros tipos de zeolitas», añadió Xie. «Es una estrategia universal».
Liu enfatizó que el método de reducción de la contaminación es relativamente simple.
«No necesitamos utilizar procesos químicos ni físicos complicados», dijo Liu. «Simplemente mezclamos los dos materiales (platino y zeolita), ejecutamos la reacción y luego vemos la mejora en la actividad y la selectividad».
Liu, Xie y Kailong Ye de la UCR mezclaron polvos de platino y zeolita Y y se los proporcionaron al científico colaborador, Yuejin Li, de BASF Environmental Catalyst and Metal Solutions, o ECMS, en Iselin, Nueva Jersey. El polvo se convirtió en una suspensión líquida espesa con compuestos aglutinantes y se aplicó a las estructuras alveolares dentro de prototipos de convertidores catalíticos. También colaboraron científicos de la Fuente Nacional de Luz Sincrotrón II, o NSLS-II, del Laboratorio Nacional Brookhaven en Upton, Nueva York.
Liu y Xie esperan que BASF, que financió el estudio, comercialice la tecnología, que es objeto de una patente pendiente.
«Bueno, estamos orgullosos», dijo Xie. «Hemos desarrollado una nueva tecnología para abordar el control de las emisiones de óxido de nitrógeno y creemos que es una técnica asombrosa».
