El potencial del hidrógeno obtenido de fuentes de energía renovables es enorme. Es una solución directa para descarbonizar la industria y la movilidad y puede garantizar la independencia energética. Pero esas promesas se enfrentan a un reto: el del coste y de la producción a gran escala. Japón ha dado un paso enorme que le da ventaja sobre China y Europa.
Investigadores del Centro RIKEN para la Ciencia de Recursos Sostenibles (CSRS) de Japón, dirigidos por Ryuhei Nakamura, han dado un paso más hacia este objetivo al mejorar la estabilidad y aumentar la vida útil en casi un 4.000% del catalizador por la electrólisis, según la revista Nature.
La separación de las moléculas de oxígeno de las de hidrógeno que componen el agua se efectúan mediante la electrólisis del agua lograda gracias a las “membranas de intercambio protónico” (PEM). El hidrógeno producido puede almacenarse y utilizarse posteriormente, ya sea en un camión eléctrico con pila de combustible o bien en una fábrica.
Un catalizador abundante y duradero para la producción de hidrógeno verde
Actualmente, la electrólisis PEM es la más común, pero sus limitaciones impiden que la generación de hidrógeno no se consiga a escala industrial realmente grande. Y es que, las reacciones químicas de la electrólisis se producen en un entorno muy ácido, mientras que los mejores catalizadores para estas reacciones son metales de tierras raras y caras, como el platino o el iridio.
Como explica Ryuhei Nakamura, "ampliar la electrólisis PEM a escala de teravatios requeriría 40 años de producción de iridio, lo que es ciertamente poco práctico y muy poco sostenible." Ryuhei Nakamura y su equipo desarrollaron hace dos años un nuevo proceso que permite la electrólisis del agua sin utilizar metales de tierras raras para proteger el catalizador de la acidez.
Al insertar manganeso en una red de óxido de cobalto, crearon un proceso que dependía únicamente de metales comunes y duraderos. Sin embargo, el proceso no era muy estable. Hasta ahora.
Los investigadores han desarrollado un nuevo catalizador 3D formado por óxido de manganeso (MnO2). El descubrimiento clave fue que la estabilidad de la reacción podía aumentarse más de 40 veces modificando la estructura reticular del catalizador para que forme uniones más fuertes con los átomos de oxígeno. De este modo, mantiene la reacción con el agua durante mucho más tiempo.
Cuando se probó este método en un electrolizador PEM, la electrólisis del agua se mantuvo estable durante unas 6 semanas. La cantidad total de hidrógeno producido en ese periodo, fue 10 veces superior a la obtenida hasta la fecha con otros catalizadores con metales no raros.
Aunque este descubrimiento da una ventaja enorme a Japón, sin duda el país que más apuesta por una economía del hidrógeno, todavía estamos lejos de ver una aplicación industrial al método del equipo de Nakamura. En su laboratorio, el catalizador se mantuvo estable con una densidad de corriente estable 200 mA/cm2, cuando la industria requiere 1000 mA/cm2 a lo largo de al menos un año y no unas pocas semanas.
No obstante, los investigadores creen que con el tiempo serán posibles aplicaciones tangibles en el mundo real que contribuirán a la neutralidad del carbono.
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Foto | Centro RIKEN para la Ciencia de Recursos Sostenibles
