Investigadores de todo el mundo están buscando métodos de bajo costo para producir hidrógeno limpio a partir del agua y reemplazar los combustibles fósiles como parte de la lucha contra el cambio climático.
La electrólisis del agua es un medio potencialmente sostenible para producir hidrógeno, y el proceso ha existido durante más de un siglo. Desafortunadamente, solo el iridio, un metal raro y costoso, es un catalizador de oxidación suficientemente estable y activo en el entorno ácido más eficiente. La escasez y el alto coste del iridio representan una barrera importante para la adopción generalizada de electrolizadores de membrana de intercambio de protones (PEM, por sus siglas en inglés).
Ahora, un equipo de investigadores liderado por el Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de Estados Unidos (DOE, por sus siglas en inglés) ha desarrollado un catalizador de bajo costo para un proceso que produce hidrógeno limpio a partir del agua.
Los investigadores afirman que el ingrediente principal de su nuevo catalizador es el cobalto, que es considerablemente más barato que el iridio.
Buscamos desarrollar un catalizador de ánodo de bajo costo en un electrolizador PEM que genere hidrógeno con alta eficiencia y consuma una cantidad mínima de energía. Al utilizar el catalizador a base de cobalto preparado mediante nuestro método, se podría eliminar el principal obstáculo del costo para producir hidrógeno limpio en un electrolizador.
Di-Jia Liu, químico senior en Argonne.
Otros contribuyentes al proyecto incluyen los Laboratorios Nacionales Sandia y Lawrence Berkeley del DOE, así como Giner Inc., una empresa de investigación y desarrollo que trabaja en la comercialización de electrolizadores y celdas de combustible.
La empresa evaluó el nuevo catalizador utilizando sus estaciones de prueba de electrolizador PEM en condiciones de operación industrial. Los investigadores afirman que el rendimiento y la durabilidad superaron ampliamente los catalizadores de los competidores.
El equipo de investigación descifró cambios estructurales críticos que ocurren en el catalizador en condiciones de operación utilizando análisis de rayos X en la Advanced Photon Source (APS) en Argonne. También identificaron características clave del catalizador utilizando microscopía electrónica en Sandia Labs y en el Centro de Materiales a Escala Nanométrica (CNM) de Argonne. Tanto la APS como el CNM son instalaciones de usuario de la Oficina de Ciencia del DOE.
Obtuvimos imágenes de la estructura atómica en la superficie del nuevo catalizador en diversas etapas de preparación.
Jianguo Wen, científico de materiales en Argonne.
Además, la modelización computacional en Berkeley Lab reveló ideas importantes sobre la durabilidad del catalizador en condiciones de reacción.
En general, nuestros resultados establecen un camino prometedor para reemplazar los catalizadores hechos de metales preciosos caros por elementos mucho menos costosos y más abundantes.
Di-Jia Liu
Vía h2-tech.com
