Un nuevo catalizador ofrece una forma más asequible de producir hidrógeno a partir del agua de mar
Los investigadores descubren un único catalizador capaz de dividir tanto el agua dulce como el agua de mar a bajo voltaje
El hidrógeno ha llamado la atención en los últimos años como posible fuente de energía limpia porque se quema sin producir emisiones perjudiciales para el clima. Sin embargo, los métodos tradicionales de producción de hidrógeno tienen una importante huella de carbono, y los métodos más limpios son caros y técnicamente complejos.
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Ahora los investigadores informan de un avance significativo, un catalizador de dos electrodos que se basa en un compuesto para producir eficazmente hidrógeno y oxígeno a partir de agua de mar y agua dulce. Los intentos anteriores de catalizadores bifuncionales para dividir el agua en hidrógeno y oxígeno han dado lugar, por lo general, a un bajo rendimiento en una de las dos funciones. El uso de dos catalizadores separados funciona, pero aumenta el coste de fabricación de los catalizadores.
En un trabajo descrito en Energy & Environmental Science, investigadores de la Universidad de Houston, la Universidad China de Hong Kong y la Universidad Normal de China Central informan de la utilización de un compuesto de níquel/molibdeno/nitrógeno, retocado con una pequeña cantidad de hierro y cultivado en espuma de níquel para producir hidrógeno de forma eficaz y, a continuación, mediante un proceso de reconstrucción electroquímica provocado por el voltaje de los ciclos, convertido en un compuesto que produce una reacción de evolución del oxígeno igualmente potente.
Los investigadores afirman que el uso de un único compuesto para la reacción de evolución del hidrógeno (HER) y la reacción de evolución del oxígeno (OER) -aunque ligeramente modificado mediante el proceso de reconstrucción- no sólo hace más asequible la división del agua, sino que también simplifica los retos de ingeniería.
La mayoría de los materiales se adaptan mejor a la HER o a la OER, pero ambas reacciones son necesarias para completar la reacción química y producir hidrógeno a partir del agua. Zhifeng Ren, director del Centro de Superconductividad de Texas, en la UH, y autor correspondiente del artículo, dijo que el nuevo catalizador no sólo permite operaciones eficientes con un solo catalizador, sino que también funciona igualmente bien en agua de mar y agua dulce. "En comparación con los catalizadores existentes, está a la altura de los mejores jamás registrados", dijo.
Utilizando agua de mar alcalina y operando en condiciones casi industriales, el catalizador proporcionó una densidad de corriente de 1.000 miliamperios/centímetro cuadrado utilizando sólo 1,56 voltios en agua de mar, permaneciendo estable durante 80 horas de prueba.
El buen rendimiento del catalizador en agua de mar podría resolver un problema: la mayoría de los catalizadores disponibles funcionan mejor en agua dulce. Dividir el agua de mar es más complicado, en parte por la corrosión asociada a la sal y otros minerales. Ren, que también es profesor de la cátedra M.D. Anderson de Física de la UH, dijo que el nuevo catalizador también genera oxígeno puro, evitando el posible subproducto de gas de cloro corrosivo que producen algunos catalizadores.
Pero las reservas de agua dulce son cada vez más limitadas por la sequía y el crecimiento demográfico. El agua de mar, en cambio, es abundante. "Normalmente, aunque un catalizador funcione para el agua salada, requiere un mayor consumo de energía", dijo Ren. "En este caso, requerir casi el mismo consumo de energía que el agua dulce es una muy buena noticia".
Shuo Chen, profesor asociado de física en la UH y coautor del artículo, dijo que la fuerte densidad de corriente del catalizador a un voltaje relativamente bajo reduce el coste energético de la producción de hidrógeno. Pero ésta es sólo una de las formas en que el catalizador aborda la asequibilidad, dijo Chen, que también es investigador principal de TcSUH.
Al utilizar un material -el compuesto de níquel/molibdeno/nitrógeno modificado con hierro- para el HER y, a continuación, utilizar el voltaje de los ciclos para desencadenar una reconstrucción electroquímica con el fin de producir un material ligeramente diferente, un óxido de hierro/molibdeno/níquel, para el OER, los investigadores eliminan la necesidad de un segundo catalizador al tiempo que simplifican los requisitos de ingeniería, dijo Chen.
"Si se fabrica un dispositivo con dos materiales diferentes en dos electrodos, hay que averiguar cómo puede fluir la carga eléctrica a través de cada electrodo y diseñar la estructura para que se ajuste a ello", explicó. "En este caso, el material no es exactamente el mismo, porque uno (de los electrodos) se somete a una reconstrucción electroquímica, pero es un material muy similar, por lo que la ingeniería es más fácil".
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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