Hidrógeno sin iridio
EL PODER DEL AGUA. Un nuevo catalizador revela el poder oculto del agua para la generación de hidrógeno verde ‘Science’ publica un nuevo hito para la producción sostenible de hidrógeno verde mediante electrólisis
Imagen sobre una iniciativa en torno al hidrógeno. efe
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El hidrógeno es un vector químico y energético prometedor para descarbonizar nuestra sociedad. A diferencia de los carburantes convencionales, la utilización del hidrógeno como combustible no genera dióxido de carbono de vuelta. Lamentablemente, hoy en día, la mayor parte del hidrógeno que se produce en nuestra sociedad proviene del metano, un combustible fósil. Lo hace en un proceso (reformado de metano) que conduce a importantes emisiones de dióxido de carbono. Por tanto, la producción de hidrógeno verde requiere alternativas a este proceso que sean escalables.
La electrólisis del agua ofrece un camino para generar hidrógeno verde que puede funcionar con energías renovables y electricidad limpia. Este proceso necesita catalizadores catódicos y anódicos para acelerar las reacciones de división y recombinación del agua en hidrógeno y oxígeno, respectivamente, ya que de otro modo estas serían ineficientes. Desde su descubrimiento a finales del siglo XVIII, la electrólisis del agua ha madurado hasta convertirse en diferentes tecnologías. Una de sus implementaciones más prometedoras es la membrana de intercambio de protones (PEM, por las siglas en inglés), que puede producir hidrógeno verde combinando altas tasas y una alta eficiencia energética.
Hasta la fecha, la electrólisis del agua, y en particular la PEM, ha requerido catalizadores basados en elementos escasos y raros, como el platino y el iridio, entre otros. Sólo unos pocos compuestos combinan la actividad y la estabilidad requeridas en el duro entorno químico impuesto por esta reacción. Esto resulta especialmente complicado en el caso de los catalizadores anódicos, que tienen que funcionar en entornos ácidos altamente corrosivos, condiciones en las que sólo los óxidos de iridio han mostrado un funcionamiento estable en las condiciones industriales requeridas. Pero el iridio es uno de los elementos más escasos del planeta.
En busca de posibles soluciones, un equipo de científicos ha dado recientemente un paso importante para encontrar alternativas a los catalizadores de iridio. Este equipo multidisciplinar ha logrado desarrollar una forma novedosa de conferir actividad y estabilidad a un catalizador sin iridio aprovechando propiedades del agua hasta ahora inexploradas. El nuevo catalizador logra, por primera vez, estabilidad en la electrólisis del agua a través de PEM en condiciones industriales sin usar iridio.
Este avance, publicado en Science, por los investigadores del ICFO Ranit Ram, Dr. Lu Xia, Dr. Anku Guha, Dra. Viktoria Golovanova, Dr. Marinos Dimitropoulos, Aparna M. Das y Adrián Pinilla-Sánchez, y liderados por Profesor del ICFO Dr. F. Pelayo García de Arquer; e incluye importantes colaboraciones del Instituto de Investigación Química de Cataluña (ICIQ), el Instituto Catalán de Ciencia y Tecnología (ICN2), el Centro Nacional Francés de Investigaciones Científicas (CNRS), Diamond Light Source y el Instituto de Materiales Avanzados (INAM).
Combinar actividad y estabilidad en un ambiente altamente ácido es un desafío. Los metales del catalizador tienden a disolverse, ya que la mayoría de los materiales no son termodinámicamente estables a bajos pHs y potencial aplicado, en un ambiente acuoso. Los óxidos de iridio combinan actividad y estabilidad en estas duras condiciones, y por eso son la opción predominante para los ánodos en la electrólisis del agua con intercambio de protones. La búsqueda de alternativas al iridio no es sólo un desafío.