Producción de hidrógeno mediante hidrólisis de descartes de aleaciones comerciales base magnesio

M. RODRÍGUEZ; F. CASTRO; J.-L. BOBET; G. URRETAVIZCAYA

Bariloche

Congreso; 107a Reunión de la Asociación Física Argentina; 2022

AFA

En el contexto de una transicion energética hacia una economía menos dependiente de los combustibles fósiles el uso del hidrógeno es una alternativa muy interesante. Sin embargo, todavía existen desafíos científicos y tecnológicos relacionados con la producción, el almacenamiento y el uso del hidrógeno. Actualmente el hidrógeno se obtiene principalmente mediante el reformado de metano y solo un 5 % se genera a partir de la electrólisis del agua. Además de estos métodos tradicionales, se están explorando alternativas de producción, como el uso debiomasa, fotólisis o hidrólisis. Esta última opción es una alternativa interesante en el caso de pequeños dispositivos o vehículos livianos que podrían usar el hidrógeno generado in situ, evitando la necesidad de almacenarlo. La reacción de hidrólisis de un metal M de los grupos 1, 2 o 13 de la tabla periódica es:M(s) + n H2O(l) -> M(OH)n(s) + n/2 H2(g)donde n representa el estado de oxidación de M. Mediante esta reacción M es oxidado y como consecuencia de este proceso se libera hidrógeno. Si el metal M es Mg esta reacción es particularmente interesante, ya que se produce una elevada cantidad de hidrógeno (8.2 % p/p) de manera espont´anea a temperatura y presión ambientes. El hidrógeno obtenido de esta reacción es puro, y el producto sólido Mg(OH)2 de la misma es una sustancia inocua desde el punto de vista ambiental. Esta forma de producir hidrógeno es aún más conveniente si el Mg que se emplease obtiene reciclando desechos industriales de aleaciones base Mg. Con esta opción se reduce el costo del hidrógeno producido y a la vez se elimina un residuo peligroso, ya que el Mg es una sustancia pirofórica. Sin embargo, hay algunas dificultades asociadas a este método de producción de hidrógeno. La principal es la formación de una capa de Mg(OH)2 en la superficie del material que lo pasiva y detiene la reacción. Para resolver este inconveniente sehan explorado varias alternativas, como la molienda mecánica del material, el uso de soluciones ácidas, el uso de soluciones salinas, y la incorporación de aditivos [1-3]En este trabajo presentamos los resultados de una combinación de estas estrategias para producir hidrógeno partiendo de virutas de descarte de aleaciones base magnesio provenientes de la fabricación de ánodos de sacrificio y del maquinado de cajas de velocidad. Las virutas fueron acondicionadas mediante un proceso de limpieza previa y de molienda mecánica posterior en un molino planetario bajo atmósfera de aire. Durante este proceso se utilizaron diferentes aditivos con el objetivo de reducir el tamaño del material y de maximizar la cantidad de hidrógenogenerado y la cinética de la reacción. Discutiremos las características generales de los materiales obtenidos y sus propiedades de generación de hidrógeno mediante la reacción de hidrólisis. En particular se analizará el efecto en la producción de hidrógeno del tiempo de molienda, del tamaño del material obtenido, del uso de agentes de control de proceso durante la molienda (grafito) y de la incorporación de sustancias que aceleran la reacción mediante la formación de pares galvánicos (Fe). Entre los principales resultados se destacan: 1) que la reactividad del material aumenta con el tiempo de molienda y con la disminución del tamañoo del material, 2) que sin aditivosse obtienen rendimientos entre el 70 % y el 90 % luego de 30 minutos de reacción, 3) que el agregado de grafito durante las últimas etapas de la molienda reduce significativamente el tamaño del material procesado y que la incorporación de Fe acelera notablemente la reacción, y 4) que con estos aditivos se mantienen los rendimientos y se reduce el tiempo de reacción a menos de 5 minutos.[1] S Xu and J Liu, Energy 13 (2019) 27.[2] EY Marrero-Alfonso, AM Beaird, TA Davis and MA Matthews, Ind. Eng. Chem. Res. 48 (2009) 3703.[3] X Xie, C Ni, B Wang, Y Zhang, X Zhao, L Liu, B Wang and W Du, J. Alloys Compd. 816 (2020) 152634.