Sistema de doble membrana impulsado por plasma para la producción de hidrógeno intensificado con recuperación...

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• Ingeniería Química
• Catálisis

Sus antecedentes:

• El amoníaco (NH3) es un transportador clave de hidrógeno (H2) libre de carbono.
• La termocatálisis convencional para la descomposición del NH3 requiere altas temperaturas, lo que limita la eficiencia.
• La eliminación in situ del producto es difícil para la descomposición de NH3 en condiciones suaves.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar un sistema de doble membrana mejorado con plasma para una descomposición eficiente del amoníaco.
• Para lograr altos rendimientos de producción de H2 en condiciones suaves.
• Para permitir la recuperación y purificación de NH3 con eficiencia energética.

Principales métodos:

• Se utilizó un sistema de descomposición de amoniaco de doble membrana mejorado con plasma (PEDMADS).
• Descarga por barrera dieléctrica acoplada (DBD) con un catalizador Ru/SiO2 sintetizado por deposición por capa atómica (ALD) y una membrana Pd ultradelgada.
• Se utiliza una cascada de membranas de silicita-1 (S-1) para la recuperación de NH3.
• Realizó simulaciones de dinámica molecular para comprender los mecanismos de separación.

Principales resultados:

• Se obtiene un alto rendimiento espacio-temporal de H2 de 1567 mmol g-1 h-1 a 400 °C.
• Se han demostrado factores de separación sin precedentes de NH3/H2 (686) y NH3/N2 (7076) utilizando membranas S-1.
• Reducción de la concentración de NH3 en el efluente del 24,1% a menos del 4% con una eficiencia de eliminación del 87%.
• Las simulaciones revelaron un tamiz molecular preferencial impulsado por adsorción para la selectividad.

Conclusiones:

• El PEDMADS ofrece un enfoque prometedor para la producción sostenible de hidrógeno a partir del amoníaco.
• El sistema de membrana integrado permite una eficiente descomposición y recuperación de NH3 en condiciones suaves.
• El análisis tecnoeconómico muestra un bajo costo ($ 0,92 / kg H2) y una huella de carbono reducida, que apoya una economía de hidrógeno.