Un equipo investigador ha realizado un estudio innovador sobre el hidrógeno. Investigadores de la Universidad Rice, han identificado una forma de hacer más sencillo y económico el proceso de catálisis de evolución de oxígeno en ácidos. Este proceso es uno de los más complejos en la electrólisis del agua en la producción de combustibles de hidrógeno limpio.
El coste del iridio provoca su reemplazo
Los investigadores sustituyeron el material comúnmente empleado por uno nuevo. El investigador Haotian Wang, reemplazó el iridio por rutenio. De esta forma, se logra la sustitución del iridio, el cual es escaso y representa un coste elevado, por otro metal precioso más común. La función que realiza este material, es la de catalizador de electrodo positivo, dentro de un reactor cuya actividad permite la división del agua en oxígeno e hidrógeno.
Al rutenio se le añadió níquel. De la unión de ambos metales, se obtuvieron grandes resultados. De esta forma se pudo obtener un catalizador de ánodo que fuera sólido y que produjera hidrógeno a través de la operación de electrólisis.
La producción de hidrógeno verde es de gran importancia para la sostenibilidad. Como señala Wang, el hidrógeno representa un gran papel como vector de energía, pero también para la producción de derivados químicos. Sin embargo, la producción de hidrógeno representa un notable volumen de las emisiones de carbono dentro de la industria química. Por ello, la investigación abre la puerta a una producción más sostenible.
El hidrógeno representa un gran papel como vector de energía
La investigación consigue reducir significativamente el coste del material. Mientras que el iridio llega a suponer un valor de entre el 20% y el 40% de fabricación del sistema, el rutenio resulta ocho veces más económico que el material sustituido. Esta reducción de costes, es especialmente relevante a la hora de diseñar modelos a gran escala. En la investigación, han participado, además de Wang, Zhen-Yu Wu y Feng-Yang Chen.
La importancia de la estabilidad en el catalizador
La función del catalizador polarizado es reorganizar las moléculas del agua. Es decir, el proceso de división de agua, está compuesto por las reacciones de evolución de oxígeno e hidrógeno. A través de estos procesos, mediante el componente del catalizador polarizado, se reorganizan las moléculas del agua, liberando de esta forma oxígeno e hidrógeno. En palabras de Wu, el cátodo es el responsable de la producción de hidrógeno. Simultáneamente, se equilibra la carga oxidando agua para producir oxígeno en el ánodo.
Ante un electrolito ácido, el ánodo muestra una tendencia hacia la corrosión. Como apunta Chen, a diferencia del ánodo, el cátodo ofrece una gran estabilidad y no representa una dificultad. En palabras del investigador, los metales de transición habitualmente empleados, como son el cobalto, el hierro y el níquel, sufren oxidación.
Los metales de transición empleados, como el cobalto y el hierro, sufren oxidación
La estabilidad del iridio fue la solución a la inestabilidad. Este material ha sido el único que, durante decenas de miles de horas ha logrado mantener la estabilidad. Sin embargo, resulta excesivamente costoso. Por ello, el equipo investigador buscó un elemento sustitutivo del iridio. Como resultado, se estudiaron las posibilidades que ofrece el dióxido de rutenio, con adición de níquel.
Los resultados de la fase de pruebas, fueron altamente satisfactorios. El equipo investigador, comprobaron cómo las nanopartículas de RuO2 empleadas en el ánodo, lograron la división del agua. Además, la operación se desarrolló durante más de 1000 horas con una densidad de corriente de 200 miliamperios por cm² sin apenas sufrir degradación.
El nuevo metal, funcionó durante más de mil horas sin apenas sufrir degradación
Futuro de la investigación
La adición del níquel fue la clave de la estabilidad. Los investigadores probaron sus ánodos con otros compuestos de dióxido de rutenio sin ningún tipo de adición. Sin embargo, tras unos cientos de horas de operación, se iniciaba el proceso de su descomposición.
La investigación actualmente apunta hacia nuevas innovaciones. El trabajo del equipo, actualmente se centra en desarrollar mejoras del catalizador para que pueda ser utilizado en procesos de tipo industrial. Como señala Wang, tras haber logrado la estabilidad, el siguiente paso consiste en incrementar la densidad de la corriente sin que su carácter estable se vea comprometido.
El siguiente paso del estudio es poder incrementar la densidad de la corriente
Conclusión
La producción actual de iridio no satisface la demanda de hidrógeno que se necesita. Otro aspecto que destaca Wang es que el iridio que se produce hoy en día no es suficiente si queremos que la producción de hidrógeno que necesitamos, se realice a través de electrólisis. Esta insuficiencia en la producción, pone de manifiesto una realidad: deben encontrarse nuevos catalizadores para sustituir los producidos con iridio.
gracias
Nosotros desarrollamos la electrolisis para tratar aguas residuales con diferentes tipos de electrodo para producir una oxido reduccion.
gracias por sus experimentos
mucha suerte