Nuevo catalizador revolucionario transforma agua en hidrógeno sostenible sin usar iridio

MadridCientíficos han desarrollado un nuevo catalizador para producir hidrógeno verde. Los métodos tradicionales utilizan metano, un tipo de combustible fósil, que emite gran cantidad de dióxido de carbono, dañando el medio ambiente. Una forma más ecológica es la electrólisis del agua, especialmente si se emplea energía renovable. Sin embargo, esto requiere catalizadores eficientes para descomponer el agua en hidrógeno y oxígeno. Normalmente, se necesitan elementos raros como el platino y el iridio para este proceso.

La tecnología de membrana de intercambio de protones (PEM) es una opción prometedora para realizar la electrólisis del agua, ya que puede lograr altas tasas y eficiencia energética. Sin embargo, los sistemas PEM dependen actualmente del iridio para sus catalizadores del ánodo. El iridio es raro y costoso, lo que dificulta la producción a gran escala de hidrógeno verde. Recientemente, un grupo de científicos logró avances al encontrar alternativas al iridio. Crearon un nuevo catalizador que utiliza las propiedades del agua para garantizar estabilidad y eficacia en la producción de hidrógeno verde. Este catalizador no depende del iridio.

El equipo de investigación está compuesto por miembros de ICFO como Ranit Ram, la Dra. Lu Xia, la Dra. Anku Guha, la Dra. Viktoria Golovanova, el Dr. Marinos Dimitropoulos, Aparna M. Das y Adrián Pinilla-Sánchez, bajo la dirección del Prof. F. Pelayo García de Arquer. Participan también investigadores del Instituto Catalán de Investigación Química (ICIQ), el Instituto Catalán de Nanociencia y Nanotecnología (ICN2), el Centro Nacional de Investigación Científica de Francia (CNRS), Diamond Light Source y el Instituto de Materiales Avanzados (INAM).

Los catalizadores que no contienen iridio tienen un gran inconveniente: se degradan en condiciones muy ácidas. Los óxidos de iridio, en cambio, son estables y funcionan bien, lo que explica su uso generalizado. Se ha intentado utilizar otros materiales como óxidos de manganeso y cobalto, pero estos generalmente no soportan los altos niveles de corriente necesarios para el uso industrial.

El nuevo método utiliza óxido de cobalto-tungsteno (CoWO4 o CWO) e involucra un proceso de delaminación. Durante este proceso, los óxidos de tungsteno (WO4 2-) son reemplazados por agua (H2O) y grupos hidroxilo (OH-). Este ambiente básico ayuda a integrar el agua en la estructura del catalizador.

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Los investigadores emplearon diversas técnicas como espectroscopías de infrarrojo, Raman y rayos X para analizar el nuevo material en funcionamiento. Descubrieron que el agua atrapada y los grupos hidroxilo son cruciales para la actividad y estabilidad del material. La modelización realizada por la Dra. Hind Benzidi demostró que el agua atrapada ayuda a mantener estable el catalizador en condiciones ácidas.

El catalizador de CoWO4 tratado fue evaluado en un reactor PEM. Logró una densidad de corriente de 1 A/cm² y se mantuvo estable por más de 600 horas, incluso a altas densidades de corriente.

El nuevo catalizador funciona mucho mejor en comparación con los anteriores que no utilizaban iridio. El equipo cree que agregar agua y grupos hidroxilo también puede mejorar otros materiales. Actualmente, están investigando el uso de manganeso y níquel como alternativas.

El equipo ya ha solicitado una patente para su nuevo catalizador y planea producirlo a mayor escala. El Prof. García de Arquer mencionó que están dispuestos a probar todos los elementos si es necesario. Ranit Ram añadió que el avance en energías renovables ayuda a combatir el cambio climático. Este nuevo desarrollo nos acerca a una producción sostenible de hidrógeno sin necesidad de materiales raros como el iridio.