Avance en el hidrógeno verde sustituye el agua por iridio
El hidrógeno tiene el potencial de ser una fuente de combustible potente y respetuosa con el medio ambiente, siempre y cuando su proceso de producción también sea sostenible desde el punto de vista ambiental. Un informe reciente destaca los desafíos para lograr un hidrógeno realmente verde, mientras que un nuevo estudio supera un obstáculo en su producción.
Según un estudio publicado hoy en la revista Nature Energy, realizado por Kiane de Kleijne de la Universidad de Radboud y la Universidad Tecnológica de Eindhoven en los Países Bajos, la producción de hidrógeno frecuentemente resulta en un aumento de las emisiones de dióxido de carbono (CO2) atmosférico. Esto se debe en parte a la participación en la producción de gas natural.
Desafíos de la Producción de Hidrógeno Verde y Distribución Global
Existen métodos más respetuosos con el medio ambiente para producir hidrógeno, como utilizar energía solar o eólica para alimentar el proceso de extracción del agua. Sin embargo, De Kleijne sostiene que en estos casos, se debe tener en cuenta la huella de carbono de establecer estas instalaciones.
Además, la efectividad de la energía verde es mayor en regiones abundantes en luz solar y viento, como África o Brasil. En consecuencia, el hidrógeno producido en estas áreas debe transportarse globalmente para su uso, lo que puede aumentar su huella de carbono.
“Cuando se considera todo el ciclo de vida de esta manera, el hidrógeno verde a menudo resulta en una reducción de las emisiones de CO2, aunque no siempre”, explicó De Kleijne. “Las reducciones en las emisiones de CO2 son típicamente mayores cuando se utiliza energía eólica en lugar de energía solar. Se espera que esta tendencia mejore aún más a medida que se utilice más energía renovable en la fabricación de componentes como turbinas eólicas, paneles solares y acero para electrolizadores”.
Un avance reciente en un método ampliamente utilizado de producción de hidrógeno conocido como electrólisis de membrana de intercambio de protones (PEM) podría ofrecer una solución mientras tanto.
Electrólisis PEM y el Desafío de la Disponibilidad de Iridio
La PEM implica la electrólisis del agua para separar las moléculas de hidrógeno, siendo su respeto por el medio ambiente dependiente principalmente de la huella de carbono de la electricidad utilizada. Se considera verde porque produce solo oxígeno como subproducto, no dióxido de carbono.
Sin embargo, el desafío radica en el uso de iridio, uno de los pocos elementos capaces de soportar las duras condiciones ácidas requeridas para dividir las moléculas de agua. Dado que el iridio es extremadamente raro, siendo uno de los metales más escasos de la Tierra, escalar las instalaciones de PEM ha resultado difícil.
Introduciendo un estudio reciente del Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO) en España, que se detalla en el video adjunto.
Desarrollo de catalizadores de ánodo con cobalto y tungsteno en el ICFO
En esencia, los investigadores del ICFO desarrollaron un catalizador de ánodo utilizando elementos más fácilmente disponibles, cobalto y tungsteno. Para proteger el ánodo de la degradación anticipada durante el proceso de electrólisis, adoptaron un enfoque innovador incorporando un óxido de cobalto y tungsteno con agua, el medio en el que opera.
“Al inicio del proyecto, nos intrigó el potencial papel del agua misma como un factor significativo en la electrólisis del agua”, explicó Ranit Ram, autor principal del estudio. “Nadie había adaptado previamente el agua y el agua interfacial de esta manera”.
Como resultado, durante la electrólisis, a medida que el nuevo ánodo experimentaba degradación y pérdida de material, el agua y el hidróxido, ambos compuestos integrales en el proceso, fluían para llenar los vacíos que creaba. Esto creó una barrera acuosa protectora que ralentizó la tasa de degradación del ánodo.
En pruebas de reactores PEM, el nuevo material mostró logros significativos.
“Logramos un aumento de cinco veces en la densidad de corriente, alcanzando 1 A/cm2, un hito notable”, dijo el Dr. Lu Xia, coautor del estudio. “Además, mantuvimos la estabilidad durante más de 600 horas a esta alta densidad, marcando un récord para catalizadores no basados en iridio”.
Si bien se reconoce la menor estabilidad del nuevo aleado impregnado de agua en comparación con los ánodos actuales, los investigadores subrayan su efectividad al mostrar un enfoque PEM independiente de metales raros. Destacan el potencial de este proceso para utilizar materiales alternativos, abordando preocupaciones sobre el cobalto, que a menudo se asocia con problemas éticos relacionados con las prácticas mineras.
“El cobalto, aunque más abundante que el iridio, plantea preocupaciones éticas significativas en su obtención”, explicó el profesor García de Arquer del ICFO. “Esto motiva nuestra exploración de alternativas como el manganeso, níquel y varios otros materiales en la tabla periódica como parte de nuestra estrategia de desarrollo de catalizadores”.
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