MIT desarrolla método electroquímico para extraer hidrógeno puro del amoníaco

Investigadores del MIT demostraron un sistema que usa electricidad y una membrana de paladio para extraer hidrógeno de alta pureza del amoníaco a temperaturas mucho menores que las del proceso convencional.
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• El sistema combina un catalizador de rutenio y cesio, una membrana selectiva de paladio y un electrolito de hidróxido fundido.
• La técnica opera alrededor de 200 o 300 grados Celsius, frente a más de 500 grados Celsius del cracking convencional del amoníaco.
• Los investigadores también probaron el método con metilciclohexano y ahora buscan reducir el uso de paladio y escalarlo.

Investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts demostraron un método electroquímico para extraer hidrógeno puro del amoníaco, un compuesto que puede almacenarse y transportarse con mayor facilidad que el gas de hidrógeno. La propuesta emplea electricidad para acelerar la liberación del hidrógeno y separarlo al mismo tiempo de otros componentes, con lo que evita una etapa posterior de purificación que normalmente consume energía.

El resultado podría atender dos problemas vinculados con la expansión del hidrógeno: su transporte y la recuperación del gas en el punto de consumo. Según el estudio publicado en Nature el 9 de septiembre de 2026, el sistema produjo corrientes de hidrógeno altamente concentradas y puras, mientras redujo la temperatura necesaria frente al proceso térmico convencional.

Una alternativa al transporte del hidrógeno

El hidrógeno se utiliza en celdas de combustible, fabricación de semiconductores, procesamiento químico y otras aplicaciones industriales. Sin embargo, transportar el gas directamente exige comprimirlo o licuarlo, operaciones que complican la logística y requieren infraestructura específica. Por eso, una parte de la investigación energética busca almacenarlo químicamente en sustancias líquidas o fáciles de licuar, para liberarlo después donde haga falta.

El amoníaco, cuya fórmula es NH₃, aparece como uno de los candidatos más atractivos porque ya se produce y se transporta a grandes distancias. Su infraestructura existente no elimina las dificultades técnicas, pero puede ofrecer una base para mover hidrógeno sin depender exclusivamente de tanques para gas comprimido o de sistemas criogénicos. El obstáculo principal surge cuando llega el momento de recuperar el hidrógeno y obtenerlo con la pureza requerida por la aplicación final.

El proceso convencional, conocido como cracking del amoníaco, divide sus moléculas en hidrógeno y nitrógeno mediante temperaturas superiores a 500 grados Celsius cuando se buscan altas tasas de reacción y conversión. La corriente resultante también puede contener amoníaco que no reaccionó, de modo que el hidrógeno debe someterse a una separación adicional antes de alimentar una celda de combustible u otro equipo sensible.

La propuesta del MIT cambia el enfoque al utilizar electricidad para impulsar una deshidrogenación que resulta desfavorable desde el punto de vista termodinámico y difícil desde el punto de vista cinético. En vez de limitarse a producir una mezcla y limpiarla después, el diseño retira continuamente el hidrógeno a medida que se libera, una estrategia que puede favorecer el avance de la reacción y operar bajo condiciones más moderadas.

Cómo funciona la arquitectura electroquímica

El elemento central del sistema es una membrana de separación basada en paladio, conectada mediante un electrolito de hidróxido fundido a un electrodo generador de hidrógeno. El paladio permite el transporte selectivo del hidrógeno e impide que otros componentes de la mezcla atraviesen la barrera. Esa selectividad permite concentrar el producto sin añadir una unidad de purificación aguas abajo.

Primero, un catalizador que contiene rutenio y cesio promueve la deshidrogenación del amoníaco. El hidrógeno liberado llega a la membrana, cuyo lado opuesto entra en contacto con el electrolito fundido. Allí, el gradiente electroquímico crea una fuerza impulsora que actúa como un vacío para el hidrógeno y facilita su desplazamiento a través de la membrana.

Durante el transporte, el hidrógeno se convierte en protones y electrones. Los protones atraviesan el electrolito de hidróxido fundido, mientras los electrones circulan por un circuito externo; ambos recorridos vuelven a encontrarse en un segundo electrodo, donde se recombinan para formar nuevamente gas de hidrógeno.

Yogesh Surendranath, profesor Donner de Ciencias y profesor de química e ingeniería química del MIT, explicó que el equipo buscaba utilizar aportes eléctricos para impulsar una reacción de deshidrogenación desfavorable y separar simultáneamente el hidrógeno del compuesto portador. En el estudio, publicado en Nature, el investigador señaló que los conceptos podrían trasladarse en principio a otras reacciones de deshidrogenación relevantes, aunque esa aplicación todavía forma parte del trabajo en curso.

Menor temperatura y una corriente más limpia

El método puede funcionar a temperaturas de alrededor de 200 o 300 grados Celsius, un rango significativamente menor que el requerido por el cracking convencional del amoníaco. Esa diferencia no equivale por sí sola a una reducción total del consumo energético, porque el sistema también necesita electricidad y componentes especializados, pero abre una vía para disminuir la intensidad térmica del proceso y simplificar su operación.

La extracción continua produce además un efecto químico importante: al retirar el hidrógeno del entorno de reacción, reduce la posibilidad de que el producto inhiba la propia deshidrogenación. El dispositivo no solo separa el resultado final, sino que modifica las condiciones en las que ocurre la reacción, una característica que los investigadores consideran clave para recuperar hidrógeno bajo condiciones más suaves.

La corriente obtenida presenta una concentración y una pureza elevadas, por lo que no requiere una fase adicional de purificación antes de utilizarse en aplicaciones que demandan hidrógeno de alta calidad. Esa ventaja podría ser relevante en celdas de combustible, donde ciertos contaminantes pueden afectar el desempeño, y en la fabricación de semiconductores, que emplea hidrógeno en varios pasos para elevar los rendimientos y reducir defectos superficiales.

Curtis Berlinguette, profesor de química e ingeniería química y biológica de la Universidad de Columbia Británica, calificó el método como una nueva forma de abordar la obtención de una corriente pura de hidrógeno a partir de amoníaco y otros portadores. El investigador, que no participó en el trabajo, sostuvo que extraer el hidrógeno a través de la membrana mientras se libera puede acelerar la deshidrogenación y producir simultáneamente una corriente purificada.

Pruebas con moléculas orgánicas y próximos retos

El equipo no limitó la demostración al amoníaco y también probó el sistema con metilciclohexano. Esta molécula pertenece a la familia de los portadores líquidos orgánicos de hidrógeno, conocidos como LOHC, que pueden almacenar hidrógeno en enlaces químicos y liberarlo posteriormente mediante una reacción de deshidrogenación.

La posibilidad de trabajar con más de un portador amplía el alcance potencial de la arquitectura, aunque no demuestra todavía una aplicación comercial. Los investigadores imaginan usos en el transporte de energía para automóviles, autobuses y barcos, además de aplicaciones industriales relacionadas con semiconductores y electrónica, donde el acceso a hidrógeno puro puede ser determinante.

El paladio representa uno de los desafíos económicos y de escalabilidad del diseño, debido a su alto costo. Por esa razón, el grupo trabaja en reducir la cantidad necesaria para fabricar la membrana de separación, al mismo tiempo que estudia cómo ampliar el proceso más allá de la demostración experimental.

La investigación fue financiada por la Fundación Nacional de Ciencias de Estados Unidos y tuvo como autor principal a Rui Zeng, quien realizó el trabajo como investigador posdoctoral del MIT y ahora es profesor de ciencia e ingeniería de materiales en el Instituto de Tecnología de Harbin en Shenzhen, China. El artículo científico se titula Anodic Pd membrane H2 extraction enhances thermochemical dehydrogenation, y sus siguientes etapas estarán centradas en el escalamiento y en la adaptación a otras reacciones de deshidrogenación con utilidad industrial.

La tecnología, por tanto, no elimina todavía los retos de costo, durabilidad y fabricación asociados con las membranas de paladio, pero ofrece una ruta experimental para combinar producción, separación y concentración en un mismo proceso. Si los investigadores consiguen reducir el uso del metal y demostrar un funcionamiento estable a mayor escala, el amoníaco podría convertirse en un portador más práctico para entregar hidrógeno donde se necesite.

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