Investigadores del Centro RIKEN para la Ciencia de la Materia Emergente (CEMS) en Japón han descubierto un compuesto que usa una reacción química para almacenar amoníaco, ofreciendo potencialmente una forma más segura y fácil de almacenar este importante químico.

Este descubrimiento, publicado en Revista de la Sociedad Química Estadounidense el 10 de julio, permite no solo almacenar de manera segura y conveniente el amoníaco, sino también el importante hidrógeno transportado. Este descubrimiento debería ayudar a allanar el camino para una sociedad descarbonizada con una economía de hidrógeno práctica.

Para que la sociedad cambie de energía basada en carbono a energía basada en hidrógeno, necesitamos una forma segura de almacenar y transportar hidrógeno, que en sí mismo es altamente combustible. Una forma de hacerlo es almacenarlo como parte de otra molécula y extraerlo según sea necesario. Amoníaco, químicamente escrito como NH₃es un buen portador de hidrógeno porque se colocan tres átomos de hidrógeno en cada molécula, siendo casi el 20% del amoníaco hidrógeno en peso.

Sin embargo, el problema es que el amoníaco es un gas altamente corrosivo, lo que dificulta su almacenamiento y uso. Hoy en día, el amoníaco generalmente se almacena licuándolo a temperaturas muy por debajo del punto de congelación en recipientes resistentes a la presión. Los compuestos porosos también pueden almacenar amoníaco a temperatura y presión ambiente, pero la capacidad de almacenamiento es baja y el amoníaco no siempre se puede recuperar fácilmente.

El nuevo estudio informa el descubrimiento de una perovskita, un material con una estructura cristalina repetitiva distinta, que puede almacenar fácilmente amoníaco y también permite una recuperación fácil y completa a temperaturas relativamente bajas.

El equipo de investigación dirigido por Masuki Kawamoto en RIKEN CEMS se centró en el yoduro de plomo y etilamonio de perovskita (EAPbI₃), químicamente escrito como CH₃CH_dosNUEVA HAMPSHIRE₃PBI₃. Descubrieron que su estructura columnar unidimensional sufre una reacción química con amoníaco a temperatura y presión ambiente y se transforma dinámicamente en una estructura bidimensional en capas llamada hidróxido de yoduro de plomo, o Pb(OH)I.

Como resultado de este proceso, el amoníaco se almacena dentro de la estructura en capas a través de la conversión química. Así, EAPbI₃ puede almacenar con seguridad gas amoníaco corrosivo como un compuesto de nitrógeno en un proceso que es mucho menos costoso que la licuefacción a -33 °C (-27,4 °F) en contenedores presurizados. Aún más importante, el proceso para recuperar el amoníaco almacenado es igual de simple.

«Para nuestra sorpresa, el amoníaco almacenado en el yoduro de plomo y etilamonio se puede extraer fácilmente calentándolo suavemente», dice Kawamoto. El compuesto de nitrógeno almacenado sufre una reacción inversa a 50 °C (122 °F) al vacío y vuelve a convertirse en amoníaco. Esta temperatura es mucho más baja que los 150 °C (302 °F) o más necesarios para extraer amoníaco de compuestos porosos, lo que hace que EAPbI₃ un medio excelente para tratar con gases corrosivos en un proceso simple y económico.

Además, después de volver a la estructura columnar unidimensional, la perovskita se puede reutilizar, lo que permite que el amoníaco se almacene y extraiga repetidamente. Una ventaja adicional fue que el compuesto normalmente amarillo se volvió blanco después de la reacción. Según Kawamoto, «la capacidad del compuesto para cambiar de color cuando se almacena amoníaco significa que se pueden desarrollar sensores de amoníaco basados ​​en colores para determinar la cantidad de amoníaco almacenado».

El nuevo método de almacenamiento tiene varios usos. A corto plazo, los investigadores han desarrollado un método seguro para almacenar amoníaco, que ya tiene múltiples usos en la sociedad, desde fertilizantes hasta productos farmacéuticos y textiles. «A largo plazo», dice el coautor Yoshihiro Ito de RIKEN CEMS, «esperamos que este método simple y eficiente pueda ser parte de la solución para lograr una sociedad descarbonizada mediante el uso de amoníaco como portador de hidrógeno libre de carbono. »

Esta investigación ayudará a alcanzar los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) de 2016 establecidos por las Naciones Unidas, especialmente el Objetivo 7: Energía limpia y asequible y el Objetivo 13: Acción climática.