Ya no se necesitan 'metales en peligro de extinción' para producir hidrógeno a partir del agua

Un equipo de investigadores del Centro RIKEN para la Ciencia de Recursos Sostenibles (CSRS) en Japón descubrió un nuevo método libre de metales raros para producir hidrógeno a partir del agua.

En lugar de materiales escasos, los científicos encontraron una manera de usar cobalto y manganeso para producir hidrógeno para celdas de combustible y fertilizantes agrícolas.

En un artículo publicado en la revista Nature Catalysis, el grupo detrás del estudio explicó que su el objetivo era abordar el tema de la extracción de hidrógeno – o electrólisis –

siendo un proceso costoso e insostenible.

“Esto se debe principalmente a la falta de buenos catalizadores”, dijo el investigador principal Ryuhei Nakamura en un comunicado de prensa. “Además de ser capaz de soportar el duro ambiente ácido, el catalizador debe ser muy activo. Si no, la cantidad de electricidad necesaria para que la reacción produzca una determinada cantidad de hidrógeno se dispara, y con ella, también lo hace el costo”.

Nakamura explicó que actualmente, los catalizadores más activos para la electrólisis del agua son metales raros como el platino y el iridio, lo que crea un dilema porque son caros y se consideran “especies en peligro de extinción”. entre metales.

Según el científico,

cambiar todo el planeta a combustible de hidrógeno en este momento requeriría alrededor de 800 años de producción de iridio, una cantidad que podría no existir. Por otro lado, los metales abundantes como el hierro y el níquel no son lo suficientemente activos y tienden a disolverse inmediatamente en el duro entorno de electrólisis ácida.

Representación esquemática del concepto de hidrógeno sostenible producción. (Imagen cortesía de RIKEN).

1083634 Por eso, en la búsqueda de un mejor catalizador, él y su equipo analizaron óxidos mixtos de cobalto y manganeso. Los óxidos de cobalto pueden ser activos para la reacción requerida pero se corroen muy rápidamente en un ambiente ácido.

Los óxidos de manganeso son más estables pero no son lo suficientemente activos. Al combinarlos, los investigadores esperaban aprovechar sus propiedades complementarias. También tuvieron que considerar la alta densidad de corriente necesaria para la aplicación práctica fuera del laboratorio.

“Para la producción de hidrógeno a escala industrial, necesitábamos establecer la densidad de corriente objetivo de nuestro estudio en aproximadamente 02 a 90 veces mayor que lo que se ha utilizado en experimentos anteriores”, co -dijo el autor Shuang Kong. “Las altas corrientes provocaron una serie de problemas, como la descomposición física del catalizador”.

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Finalmente, el equipo superó estos problemas mediante ensayo y error y descubrió un catalizador activo y estable al insertar manganeso en la red de espinela de Co3O4, produciendo el óxido mixto de cobalto y manganeso Co2MnO4.

En su artículo, los expertos informan que los niveles de activación de Co2MnO4 estaban cerca de los de los óxidos de iridio de última generación.

Además, el nuevo catalizador duró más de dos meses a una densidad de corriente de 200 miliamperios por centímetro cuadrado, lo que podría hacerlo efectivo para uso práctico. En comparación con otros catalizadores de metales no raros, que generalmente duran solo días o semanas a densidades de corriente mucho más bajas, el nuevo electrocatalizador podría cambiar las reglas del juego.

“Hemos logrado lo que ha eludido a los científicos durante décadas”, dijo el coautor Ailong Li. “Producción de hidrógeno utilizando un catalizador altamente activo y estable hecho de abundantes metales. A largo plazo, creemos que este es un gran paso hacia la creación de una economía de hidrógeno sostenible. Al igual que otras tecnologías renovables, como las células solares y la energía eólica, esperamos que el costo de la tecnología de hidrógeno verde caiga en picado en el futuro cercano a medida que se hagan más avances.”