Un catalizador más barato puede generar hidrógeno a tan bajo coste que sea comercialmente viable

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Fuente: https://elperiodicodelaenergia.com

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Investigadores del Laboratorio Nacional de Aceleradores SLAC del Departamento de Energía de EEUU y de la Universidad de Stanford han demostrado, por primera vez, que un catalizador barato puede dividir el agua y generar gas de hidrógeno durante horas y utilizarse en un dispositivo comercial.

La tecnología de electrolizadores, que se basa en una membrana de electrolitos poliméricos (PEM), tiene potencial para la producción de hidrógeno a gran escala impulsada por energía renovable, pero en parte se ha visto frenada por el alto coste de los catalizadores de metales preciosos, como el platino y iridio, necesario para aumentar la eficiencia de las reacciones químicas.

Este estudio señala el camino hacia una solución más barata, han informado los investigadores en Nature Nanotechnology.

«El gas de hidrógeno es un químico industrial de enorme importancia para la fabricación de combustibles y fertilizantes, entre otras cosas», dijo Thomas Jaramillo, director del Centro SUNCAT de Interfaz de Ciencia y Catálisis, y director del equipo de investigación, «también es una molécula limpia y de alto contenido de energía que puede usarse en celdas de combustible o para almacenar energía generada por fuentes de energía variables como la solar y la eólica. Pero la mayor parte del hidrógeno producido en la actualidad está hecho con combustibles fósiles, lo que aumenta el nivel de CO2 en la atmósfera. Necesitamos una forma rentable de producirlo con energía limpia «.

Materiales baratos y abundantes

A lo largo de los años, se ha trabajado mucho para desarrollar alternativas a los catalizadores de metales preciosos para los sistemas PEM. Se ha demostrado que muchos trabajan en un entorno de laboratorio, pero Jaramillo asegura que, según sus investigaciones, ha conseguido por primera vez demostrar un alto rendimiento en un electrolizador comercial. El dispositivo fue fabricado en una fábrica en Connecticut para Nel Hydrogen, el fabricante de equipos de electrolizadores más antiguo y más grande del mundo.

La electrólisis funciona como una batería a la inversa: en lugar de generar electricidad, utiliza corriente eléctrica para dividir el agua en hidrógeno y oxígeno. Las reacciones que generan hidrógeno y oxígeno gaseoso tienen lugar en diferentes electrodos utilizando diferentes catalizadores de metales preciosos. En este caso, el equipo de Nel Hydrogen reemplazó el catalizador de platino en el lado generador de hidrógeno con un catalizador que consiste en nanopartículas de fosfuro de cobalto depositadas en el carbono para formar un polvo negro fino, que fue producido por los investigadores de SLAC y Stanford. Al igual que otros catalizadores, une otros químicos y los alienta a reaccionar.

El catalizador de fosfuro de cobalto funcionó extremadamente bien durante toda la prueba, más de 1.700 horas, lo que indica que puede ser lo suficientemente resistente para el uso diario en reacciones que pueden tener lugar a temperaturas, presiones y densidades de corriente elevadas y en condiciones extremadamente ácidas o durante períodos prolongados de tiempo, señala McKenzie Hubert, un investigador del equipo de Jaramillo.

«Nuestro grupo ha estado estudiando este catalizador y materiales relacionados por un tiempo», dijo Hubert, «y lo tomamos de una etapa experimental fundamental a escala de laboratorio a través de pruebas en condiciones de operación industrial, donde necesita cubrir una superficie mucho más grande área con el catalizador y tiene que funcionar en condiciones mucho más difíciles».

Uno de los elementos más importantes del estudio fue aumentar la producción del catalizador de fosfuro de cobalto mientras lo mantenía muy uniforme, un proceso que implicaba sintetizar el material de partida en el banco de laboratorio, moler con un mortero y una mano de mortero, hornear en un horno y finalmente convirtiendo el fino polvo negro en una tinta que se podría rociar sobre hojas de papel de carbón poroso. Los electrodos de gran formato resultantes se cargaron en el electrolizador para las pruebas de producción de hidrógeno.

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