Un catalizador revolucionario aumenta drásticamente la eficiencia de la producción de hidrógeno verde

Instituto de Investigación de Estándares y Ciencias de Corea, Daejeon, Corea del Sur

El hidrógeno verde, producido mediante electrólisis del agua, es una fuente de energía ecológica de próxima generación, ya que no genera contaminantes como el dióxido de carbono durante la producción. Los catalizadores desempeñan un papel crucial en el proceso de electrólisis del agua, descomponiendo el agua en hidrógeno y oxígeno. La eficiencia de la producción de hidrógeno verde depende en gran medida del rendimiento de estos catalizadores. Por lo tanto, la comercialización del hidrógeno verde depende del desarrollo de catalizadores rentables capaces de mantener un alto rendimiento durante períodos prolongados.

Investigadores en Corea han desarrollado con éxito un nuevo material que mejora significativamente la eficiencia de la producción de hidrógeno verde y al mismo tiempo reduce los costos.

El Instituto de Investigación de Estándares y Ciencias de Corea (KRISS) ha desarrollado un catalizador de metal base de alto rendimiento para su uso en la electrólisis del agua con membrana de intercambio aniónico (AEM). El catalizador recientemente desarrollado no sólo es más asequible que las alternativas basadas en metales preciosos, sino que también muestra un rendimiento superior, lo que acerca la comercialización del hidrógeno verde un paso más.

Actualmente, los sistemas de electrólisis de agua AEM se basan predominantemente en catalizadores de metales preciosos como el platino (Pt) y el iridio (Ir). Sin embargo, el elevado coste de estos materiales y su susceptibilidad a la degradación aumentan significativamente el coste de producción de hidrógeno. Para superar este desafío, el desarrollo de catalizadores de metales base duraderos y asequibles es esencial.

El grupo de metrología de materiales emergentes de KRISS ha logrado desarrollar catalizadores de metales básicos introduciendo una pequeña cantidad de rutenio (Ru) en un dióxido de molibdeno con estructura de níquel molibdeno (MoO 2-Ni4Mo). Si bien el dióxido de molibdeno ofrece una alta conductividad eléctrica, su uso como catalizador de electrólisis de agua se ha visto limitado debido a la degradación en ambientes alcalinos.

Mediante un análisis estructural exhaustivo, los investigadores identificaron la adsorción de iones hidróxido (OH-) en dióxido de molibdeno como la principal causa de degradación.

A partir de estos hallazgos, idearon un método para incorporar rutenio en una proporción óptima para prevenir la degradación del dióxido de molibdeno. Las nanopartículas de rutenio resultantes, que miden menos de 3 nanómetros, forman una fina capa en la superficie de los catalizadores, evitando la degradación y mejorando la durabilidad.

Las evaluaciones de rendimiento revelaron que los catalizadores recientemente desarrollados ofrecen cuatro veces más durabilidad y más de seis veces más actividad en comparación con los materiales comerciales existentes.

Además, cuando se integraron con una célula solar en tándem de perovskita y silicio, los catalizadores lograron una notable eficiencia de conversión de energía solar a hidrógeno del 22,8 por ciento, lo que destaca su fuerte compatibilidad con fuentes de energía renovables.

Los catalizadores también demostraron alta actividad y estabilidad en agua salina, produciendo hidrógeno de alta calidad. Se espera que esta capacidad reduzca significativamente los costos asociados con la desalinización.

El Dr. Sun Hwa Park, investigador principal del Grupo de Metrología de Materiales Emergentes de KRISS, dijo:"Actualmente, la producción de hidrógeno verde requiere agua purificada, pero el uso de agua de mar real podría reducir sustancialmente los costos asociados con la desalinización. Planeamos continuar nuestra investigación en esta área".

Esta investigación fue apoyada por el programa KRISS MPI Lab y realizada en colaboración con el equipo del profesor Ho Won Jang en la Universidad Nacional de Seúl y el equipo del Dr. Sung Mook Choi en el Instituto Coreano de Ciencia de Materiales.

Los hallazgos se publicaron en la edición de julio de Applied Catalysis B:Environmental and Energy (IF:20.2), revista líder en el campo de la ingeniería química.

Para obtener más información, comuníquese con Eunhye Bae en Esta dirección de correo electrónico está protegida contra spambots. Necesita activar JavaScript para verlo..