El hidrógeno verde cambia el agua por iridio

Hidrógeno muestra mucha promesa como una fuente de combustible poderosa y limpia, siempre y cuando el proceso que lo crea también sea ecológico. Un nuevo informe muestra lo difícil que podría ser llegar al hidrógeno verdaderamente verde, mientras que un nuevo estudio elimina una barrera para su creación.

De acuerdo a un artículo publicado hoy en la revista Energía de la naturalezaSegún la investigadora Kiane de Kleijne de la Universidad de Radboud y la Universidad Tecnológica de Eindhoven (Países Bajos), la producción de hidrógeno conduce en la mayoría de los casos a ganancias de dióxido de carbono (CO2) atmosférico. Esto se debe sólo en parte a que una parte proviene de la producción de gas natural.

Hay formas más ecológicas de producir hidrógeno, como el uso de energía solar o eólica para impulsar el proceso que lo separa de las moléculas de agua, pero De Kleijne sostiene que en tales casos, se debe considerar la huella de carbono de la creación de esas instalaciones. Lo mismo ocurre con el hecho de que la energía verde es más eficaz en lugares con mucho sol y viento como África o Brasil, lo que significa que el hidrógeno producido allí debe transportarse al resto del mundo para su uso, lo que, una vez más, aumenta su huella de carbono. .

«Si se analiza todo el ciclo de vida de esta manera, el hidrógeno verde a menudo, pero ciertamente no siempre, conduce a ganancias de CO2», dijo De Kliejne. «Las ganancias de CO2 suelen ser mayores cuando se utiliza energía eólica que solar. Esto mejorará aún más en el futuro, ya que se utilizará más energía renovable para fabricar turbinas eólicas, paneles solares y acero para el electrolizador, por ejemplo».

Elefante acuático en la habitación.

Hasta entonces, un nuevo avance en un popular proceso de producción de hidrógeno llamado membrana de intercambio de protones (PEM) puede ayudar.

PEM es un proceso de electrólisis del agua que separa el hidrógeno de las moléculas de agua. Aparte del costo del carbono de la electricidad que impulsa el proceso, PEM se considera una tecnología verde porque su única producción es oxígeno, en lugar de dióxido de carbono. El problema es que el iridio es uno de los únicos elementos que puede resistir el duro ambiente ácido en el que se separan las moléculas de agua. Y el iridio es muy difícil de encontrar, ya que es uno de los metales más raros de la Tierra, por lo que es difícil crear instalaciones PEM a escala.

Entra un nuevo estudio del Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO) de España, explicado en detalle en el siguiente vídeo.

Básicamente, los investigadores del ICFO crearon un catalizador anódico a partir de elementos más comunes: cobalto y tungsteno. Pero para proteger el ánodo de la degradación prevista por el proceso de electrólisis, dieron un giro único al impregnar un óxido de cobalto-tungsteno con agua, la misma sustancia en la que está hecho para funcionar.

“Al comienzo del proyecto, estábamos intrigados por el papel potencial del agua misma como elefante en el cuarto en la electrólisis del agua”, dijo Ranit Ram, primer autor del estudio. «Nadie antes había adaptado activamente el agua y el agua interfacial de esta manera»

El resultado fue que durante el proceso de electrólisis, a medida que el nuevo ánodo se degradaba al perder material, agua e hidróxido (dos compuestos prevalentes en el proceso) se apresuraban a llenar los agujeros que dejaba. El resultado fue una especie de escudo acuoso que impedía que el ánodo se degradara demasiado rápido.

toda la tabla periódica

En las pruebas realizadas con un reactor PEM, el nuevo material tuvo un rendimiento admirable.

«Aumentamos cinco veces la densidad de corriente, llegando a 1 A/cm2, un hito muy desafiante en el campo», dijo el coautor principal, el Dr. Lu Xia. «Pero la clave es que también alcanzamos más de 600 horas de estabilidad a tan alta densidad. Así, hemos alcanzado la mayor densidad de corriente y también la mayor estabilidad para los catalizadores sin iridio».

Si bien los investigadores admiten que la nueva aleación impregnada de agua no permanece estable tanto tiempo como los ánodos actuales, dicen que el hallazgo lo compensa al demostrar un enfoque PEM eficiente que no depende de metales escasos. De hecho, el equipo dice que el proceso podría incluso funcionar con otros materiales, lo cual es deseable porque el cobalto a menudo se obtiene de minas que utilizan trabajo infantil.

«El cobalto, al ser más abundante que el iridio, sigue siendo un material muy preocupante teniendo en cuenta de dónde se obtiene», afirmó García de Arquer, participante en el estudio y profesor del ICFO. «Por eso estamos trabajando en alternativas basadas en manganeso, níquel y muchos otros otros materiales. Repasaremos toda la tabla periódica, si es necesario. Y vamos a explorar y probar con ellos esta nueva estrategia para diseñar catalizadores que hemos informado en nuestro estudio”.

El estudio PEM ha sido publicado en la revista Ciencia.