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, lo que proporciona una alternativa más limpia a los motores diésel.
Sin embargo, no están del todo claros. 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 empeoran 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.
reportado en la revista comunicación de la naturalezaLos investigadores descubrieron que insertar platino en convertidores catalíticos con un material altamente poroso llamado zeolitas Y mejoraba enormemente la reacción entre los óxidos de nitrógeno y el hidrógeno, convirtiéndolos en gas nitrógeno y vapor de agua inofensivos.
En comparación con un catalizador sin zeolita, la cantidad de óxidos de nitrógeno convertidos en sustancias nocivas aumentó de cuatro a cinco veces con una temperatura del motor de 250 grados centígrados, según el estudio. El sistema fue particularmente eficaz a bajas temperaturas, que son cruciales para reducir la contaminación cuando los motores arrancan por primera vez y aún están relativamente fríos.
Es más, la tecnología también puede reducir las emisiones 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 Bourne de la UCR. La inyección de hidrógeno será similar al sistema de inyección utilizado 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 sus poros y canales uniformes en la estructura tridimensional en forma de jaula permiten una descomposición más eficiente de los contaminantes.
Y mezclando físicamente platino con zeolita—un tipo sintético de la familia más grande de compuestos de zeolita—los investigadores crearon un sistema que captura efectivamente el agua producida 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 Ji, científico investigador de la UCR y autor principal del estudio, explicó que la zeolita en sí no es un catalizador. En cambio, aumenta la eficacia del catalizador de platino al crear un entorno rico en agua. Liping Liu, Ph.d. El estudiante y Hongliang Xin, profesor asociado en Virginia Tech, validaron aún más esta idea a través del modelado teórico del nuevo sistema catalítico.
“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 productos químicos complejos ni otros procesos físicos”, afirmó Liu. “Simplemente mezclamos los dos ingredientes (platino y zeolita), ejecutamos la reacción y luego vemos mejoras en la actividad y la selectividad”.
Liu, Xie y Kailong Ye de la UCR mezclaron los polvos de platino y zeolita Y y se los entregaron a Eugene Li, científico asociado de BASF Environmental Catalysts and Metal Solutions, o ECMS, en Iselin, Nueva Jersey. El polvo se convirtió en una suspensión líquida espesa con el compuesto aglutinante y se aplicó a la estructura alveolar dentro del prototipo de convertidor catalítico. También colaboraron científicos de la Fuente Nacional de Luz Sincrotrón II, o NSLS-II, en el Laboratorio Nacional Brookhaven en Upton, Nueva York.
Liu y Ji esperan que BASF, que financió la investigación, comercialice la tecnología, que es objeto de una patente pendiente.
“Bueno, estamos orgullosos”, dijo Ji. “Hemos desarrollado una nueva tecnología para controlar las emisiones de óxido de nitrógeno y creemos que es una estrategia asombrosa”.