Pesquisadores descobrem uma maneira segura, fácil e acessível de armazenar e recuperar hidrogênio

Pesquisadores do RIKEN Center for Emerging Materials Science (CEMS) no Japão descobriram um composto que usa uma reação química para armazenar amônia, o que pode fornecer uma maneira mais segura e fácil de armazenar esse importante produto químico.

Esta descoberta foi publicada em Jornal da Sociedade Química Americana No dia 10 de julho, não só é possível armazenar amônia com segurança e comodidade, como também permite o transporte do importante hidrogênio. Este resultado deve ajudar a pavimentar o caminho para uma sociedade neutra em carbono com uma economia prática de hidrogênio.

Para que a sociedade mude de energia baseada em carbono para energia baseada em hidrogênio, precisamos de uma maneira segura de armazenar e transportar hidrogênio, que em si é altamente combustível. Uma maneira de fazer isso é armazená-lo como parte de outra molécula e extraí-lo conforme necessário. Amônia, escrita quimicamente como NH₃é um bom transportador de hidrogênio porque três átomos de hidrogênio são empacotados em cada molécula, com aproximadamente 20% da amônia sendo hidrogênio em peso.

Porém, o problema é que a amônia é um gás altamente corrosivo, o que dificulta seu armazenamento e uso. Atualmente, a amônia é geralmente armazenada liquefazendo-a a temperaturas bem abaixo de zero em recipientes resistentes à pressão. Compostos porosos também podem armazenar amônia à temperatura e pressão ambiente, mas a capacidade de armazenamento é baixa e a amônia nem sempre pode ser facilmente recuperada.

O novo estudo relata a descoberta da perovskita, um material com uma característica estrutura cristalina repetitiva, que pode armazenar facilmente amônia e também permite sua recuperação fácil e completa em temperaturas relativamente baixas.

A equipe de pesquisa liderada por Masuki Kawamoto no RIKEN CEMS se concentrou na perovskita etilamônia iodeto de chumbo (EAPbI).₃), quimicamente escrito como CH₃CH₂Nova Hampshire₃PbI₃. Eles descobriram que sua estrutura colunar unidimensional sofre uma reação química com amônia à temperatura e pressão ambiente, transformando-se dinamicamente em uma estrutura bidimensional chamada hidróxido de iodeto de chumbo, ou Pb(OH)I.

Como resultado desse processo, a amônia é armazenada em uma estrutura em camadas por meio de conversão química. Assim, a EAPbI₃ A amônia corrosiva pode ser armazenada com segurança como um composto de nitrogênio em um processo muito mais barato do que a liquefação a -33°C (-27,4°F) em recipientes pressurizados. Mais importante ainda, o processo de recuperação da amônia armazenada é muito simples.

“Para nossa surpresa, a amônia armazenada no iodeto de chumbo de etilamônia pode ser facilmente extraída aquecendo-a suavemente”, diz Kawamoto. O composto de nitrogênio armazenado sofre uma reação reversa a 50 °C (122 °F) sob vácuo e reverte para amônia. Essa temperatura está bem abaixo dos 150 °C (302 °F) ou mais necessários para extrair amônia de compostos porosos, tornando o EAPbI₃ Um excelente meio para lidar com gases corrosivos em um processo simples e econômico.

Além disso, após retornar a uma estrutura colunar unidimensional, as perovskitas podem ser reutilizadas, permitindo o armazenamento repetido e a extração de amônia. Um bônus adicional foi que o composto naturalmente amarelo ficou branco após a reação. De acordo com Kawamoto, “a capacidade do composto de mudar de cor quando a amônia é armazenada significa que sensores colorimétricos de amônia podem ser desenvolvidos para determinar a quantidade de amônia armazenada”.

O novo método de armazenamento tem muitos usos. A curto prazo, os pesquisadores desenvolveram uma maneira segura de armazenar amônia, que já tem múltiplos usos na sociedade, de fertilizantes a remédios e têxteis. “A longo prazo, esperamos que este método simples e eficaz possa fazer parte da solução para alcançar uma sociedade neutra em carbono por meio do uso de amônia como transportador de hidrogênio livre de carbono”, disse o coautor Yoshihiro Ito, da RIKEN CEMS. .

Esta pesquisa ajudará a alcançar os Objetivos de Desenvolvimento Sustentável (ODS) de 2016 estabelecidos pelas Nações Unidas, especialmente o Objetivo 7: Energia Limpa e Acessível e o Objetivo 13: Ação Climática.