La urea como fuente de hidrógeno: beneficios y retos tecnológicos para su implantación.

La urea puede ser empleada como una fuente de hidrógeno sostenible y segura debido a su nula toxicidad, estabilidad y facilidad de transporte y almacenamiento. La descomposición de la urea genera, en una primera etapa, amoniaco que posteriormente puede descomponerse a hidrógeno y nitrógeno. Además, la urea es un recurso barato y, muy abundante si se obtiene biológicamente de los residuos urbanos, o mediante la transformación de los productos de desecho de organismos ureotélicos.

 [Alicia Bayón Sandoval, y Juan M. Coronado – IMDEA Energía]

 Las pilas de combustible alimentadas por hidrógeno constituyen una opción muy atractiva para la generación eléctrica, ya que se trata de una tecnología fiable y eficiente que permite una producción de energía distribuida. Sin embargo, la puesta en marcha de la denominada economía del hidrógeno requiere superar las barreras tecnológicas que impiden su pleno desarrollo dentro del sistema energético actual. Desde el punto de vista de la producción y almacenamiento de hidrógeno, recientemente se están desarrollando estudios que proponen el empleo de la urea para este fin [1], destacando los beneficios de su empleo, así como la necesidad de continuar con la investigación y el desarrollo para su implantación real.

 La urea es un compuesto orgánico nitrogenado que responde a la fórmula (NH2)2CO. Su descubrimiento, en 1727 por Herman Boerhaave, supuso la fundación de la química orgánica moderna. Puede sintetizarse a partir de cianato amónico (síntesis de Wöhler) cuyo mecanismo de reacción es aún desconocido. Además, la urea produce en la naturaleza a partir del catabolismo de las proteínas en el hígado de los mamíferos y las aves, y se excreta en la orina de los mismos. Por calentamiento suave la urea se descompone de acuerdo con la reacción:

(NH2)2CO + H2O → CO2 + 2NH3, ∆H0298=-179.3 kJ mol-1

El amoniaco generado de esta manera podría ser posteriormente disociado según la reacción:

NH3 + ½ N2 + 3/2 H2, ∆H0298=+46 kJ mol-1

Este proceso tiene ventajas respecto al reformado de metano, que es actualmente la ruta habitual para la producción de hidrógeno, ya que su cinética es más rápida, la descomposición no requiere aditivos y el hidrógeno generado está libre de CO [2]. Por otra parte, en comparación con otros productos químicos que pueden ser empleados para la producción de hidrógeno, las principales ventajas del empleo de la urea residen en sus propiedades químicas (no es tóxica, ni inflamable, ni dañina para el medio ambiente, ni explosiva, ni corrosiva) y su estabilidad en condiciones ambientales.

 La producción industrial de urea para el año 2014 se espera que alcance las 222 Mt, suponiendo la instalación efectiva de 55 nuevas plantas de producción ya planificadas en Asia, Latino-América y África. Este alto grado de demanda se debe a su utilización en la síntesis de fertilizantes, y constata la madurez de la tecnología empleada para su producción. El coste actual de este producto está ligado al del gas natural como materia prima, y actualmente alcanza un valor de 160-214 € por tonelada de urea.

Sin embargo, la abundancia de urea en la biomasa residual es tal que excede en 500 veces la demanda actual, y este hecho permite plantear la posibilidad de su producción a través de rutas alternativas al proceso Wöhler mencionado anteriormente. Una de estos procesos es la producción de urea a partir de la orina de aves y animales mamíferos como se mencionaba anteriormente. Esta vía de producción destaca por los beneficios tanto ambientales como económicos que supone recuperar y reconvertir un residuo en un producto de alta demanda. El reto en esta investigación se centra principalmente en la separación de la orina del resto de excrementos, y en la inhibición de la ureasa, bacteria capaz de descomponer la urea pH neutro. Desde el punto de vista industrial, se han patentado algunos procesos químicos que permiten la separación de la orina del resto de los desechos para su aprovechamiento como fuente de producción de urea. Otra vía alternativa de producción biológica de urea es el empleo de bacterias ureotelicas capaces de producir la hidrólisis catalítica de la arginina contenida en la biomasa en forma de cianoficinas, que son polímeros del ácido aspártico y la arginina. El desarrollo de estos procesos podría hacer viable en el futuro el empleo de la urea como una forma de almacenamiento y producción de hidrógeno.

 [1] Andrew N. Rollinson, Jenny Jones, Valerie Dupont and Martyn V. Twigg. Energy Environ. Sci.  2011. DOI: 10.1039/c0ee00705f.

[2] P. F. Ng, L. Li, S. Wang, Z. Zhu, G. Lu, and Z. Yan, Environ. Sci. Technol., 2007, 41 (10), 3758–3762.

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Comentarios

[...] La urea como fuente de hidrógeno: beneficios y retos tecnológicos para su implantación http://www.madrimasd.org/blogs/energiasalternativas/2011/02/28/1…  por andresrguez hace 2 segundos [...]

hola quisiera yo saber que la urea cuantas veces se puede aplicar durante la planta asya que se coseche

el uso de las bacterias cada vez es más amplio y sin duda la producción de hidrógeno como combustible del futuro será una realidad gracias a las mismas. Sólo tengo nociones de química pero me interesa mucho. Quería preguntar si el sp3, que creo que se llama un asfalto blando de petroleo puede ser usado como úrea? qué proceso debería seguir?

la producción de urea produce malos olores?
Agradecería respuesta.

Porque la producción de urea en Argentina es casi nula, si es un país basicamente agropecuario.

hola, sólo un comentario con respecto a la introducción, la urea no es tóxica pero el amoniaco sí y en caso de descomposición convendría manejarla con cuidado.

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