La descomposición en hidrógeno y oxígeno mediante electrolisis es el método habitual para producir hidrógeno verde a partir de un recurso tan abundante como el agua. Además, se trata de una tecnología respetuosa con el medio ambiente ya que no emite dióxido de carbono. A pesar de ello, este procedimiento se ve limitado al depender de costosos catalizadores formados por metales como el iridio, que muchas veces resultan inviables económicamente.
Un equipo de científicos de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Pohang, en Corea del Sur, trabajan en una investigación para lograr fabricar catalizadores en forma de aleaciones metálicas que hacen frente al desafío que supone la tecnología actual. Los avances en su trabajo han sido publicados en un artículo en la revista ACS Catalysis.
Los nuevos catalizadores facilitan la creación económica de hidrógeno verde
Los catalizadores primarios, habitualmente utilizados en investigaciones sobre electrolisis del agua, son el iridio (Ir), el rutenio (Ru) y el osmio (Os). A pesar de su notable estabilidad, el iridio exhibe una baja actividad y presenta un coste muy elevado. Por otro lado, el rutenio muestra una buena actividad, siendo una opción más económica que el iridio, aunque su estabilidad es muy inferior. El osmio se disuelve con facilidad en diversas condiciones electroquímicas, lo que conduce a la creación de nanoestructuras con una superficie activa electroquímica expandida, mejorando así la actividad geométrica.
En un principio, el equipo de investigación desarrolló catalizadores que empleaban tanto iridio como rutenio. Al fusionar estos metales, lograron preservar las ventajas de cada uno de ellos, lo que dio como resultado catalizadores que demostraron mejoras, tanto en la actividad como en la estabilidad. Por otro lado, los catalizadores que incorporaban osmio mostraron una notable actividad debido a la ampliación de la superficie activa electroquímica obtenida mediante la creación de nanoestructuras.
El equipo amplió sus experimentos para incluir los tres metales. Los resultados revelaron un aumento moderado en la actividad, aunque la disolución del osmio comprometió significativamente la integridad estructural del iridio y el rutenio. En esta serie de pruebas, la aglomeración y corrosión de las nanoestructuras se aceleraron, reduciéndose el equilibrio en el rendimiento catalítico.
Aprovechando estos resultados, el equipo de investigación ha planteado diversas direcciones para continuar investigando los catalizadores. En primer lugar, resaltan la importancia de contar con una métrica que pueda evaluar de manera simultánea tanto la actividad como la estabilidad.
El profesor Yong-Tae Kim, del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la Universidad de Pohang, director de la investigación, explica que “este estudio representa el inicio de nuestro camino, no su conclusión".
El equipo está tratando de preservar las propiedades del catalizador de osmio incluso después de la formación de las nanoestructuras, con el propósito de mejorar la superficie electroquímica activa del electrocatalizador. También destacan la importancia de elegir cuidadosamente los materiales candidatos que puedan colaborar de manera efectiva cuando se combinan con otros metales. La esencia de este estudio no se centra en presentar resultados específicos, como el desarrollo de nuevos catalizadores, sino en proporcionar consideraciones fundamentales para el diseño de catalizadores.
