Generación de electricidad directamente a partir de metilciclohexano utilizando SOFC

La generación directa requiere menos energía que la reacción de deshidrogenación del MCH.

Investigadores japoneses han generado con éxito electricidad directamente a partir de metilciclohexano, un hidruro orgánico, utilizando pilas de combustible de óxido sólido (SOFC) con menor energía que las reacciones de deshidrogenación catalítica convencionales.

La generación de energía mediante pilas de combustible que utilizan hidrógeno es una de las tecnologías clave para lograr una sociedad baja en carbono. Es abundante y versátil y sólo emite agua cuando se utiliza como combustible.

Sin embargo, para difundir una sociedad del hidrógeno, es tan importante desarrollar una infraestructura de hidrógeno como lo es desarrollar pilas de combustible. Actualmente se están investigando varios portadores de hidrógeno para este propósito, incluido el hidrógeno gaseoso a alta presión, el hidrógeno líquido, el amoníaco, el ácido fórmico y los hidruros orgánicos.

En particular, se espera que el metilciclohexano (MCH), uno de los hidruros orgánicos, sea un excelente portador de hidrógeno que pueda transportar y almacenar hidrógeno de forma segura y eficiente. La deshidrogenación de MCH en presencia de un catalizador produce hidrógeno y tolueno como subproducto, y luego se genera electricidad a partir de ese hidrógeno.

Sin embargo, el proceso de deshidrogenación es una reacción endotérmica y la pérdida irrecuperable de energía, así como las instalaciones necesarias para la reacción, son problemas.

Recientemente, investigadores de la Universidad de Waseda en Japón lograron utilizar SOFC para generar electricidad directamente a partir de metilciclohexano y al mismo tiempo recuperar tolueno para poder reutilizarlo. Se espera que esta investigación no sólo reduzca los requisitos energéticos sino que también abra nuevas posibilidades para la síntesis química utilizando pilas de combustible.

El equipo de investigación intentó realizar dos procesos simultáneamente en una pila de combustible: la deshidrogenación de hidruros orgánicos, una reacción endotérmica, y la generación de electricidad, una reacción exotérmica. Para lograrlo, utilizaron una pila de combustible de óxido sólido soportada por un ánodo que funcionaba a una temperatura más alta que una pila de combustible de electrolito polimérico.

El equipo pudo operarlo a una temperatura que no permitía la pirólisis de hidruros orgánicos y en condiciones que impedían la deposición de carbono en los electrodos. Informaron que la proporción de producción de tolueno a benceno fue de 94:6, lo cual es un logro significativo.

Estos hallazgos indican que una SOFC extrae con éxito electrones directamente del MCH y genera electricidad utilizando la función de conducción de iones de oxígeno de la SOFC. Este método muestra el potencial de generación de electricidad sin necesidad de instalaciones de deshidrogenación y con menos energía requerida que la deshidrogenación de MCH asistida por catalizador convencional.

“Las pilas de combustible se han estudiado y desarrollado como dispositivos que producen electricidad altamente eficiente y libre de carbono mediante la reacción electroquímica de hidrógeno y oxígeno. En este estudio, hemos demostrado que este dispositivo se puede aplicar para controlar reacciones de deshidrogenación de hidruros orgánicos y reacciones de sustitución de oxígeno de anillos aromáticos. En el futuro, se podrá crear una nueva química sintética mediante la aplicación de pilas de combustible”, concluye el profesor Akihiko Fukunaga, que dirigió la investigación.

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