El hidrógeno verde, que se produce con energías renovables a partir de la electrólisis de agua, es la gran promesa del sector energético. Países como España están fiando su futuro a este vector de energía, pero hace falta más investigación para que su producción a escala sea sostenible. Y en eso, Japón lleva ventaja.
Un poco de contexto. En los últimos años, los electrolizadores de tipo PEM, que usan una membrana de intercambio de protones como electrolito, han ido ganando popularidad en la producción de hidrógeno por su mayor eficiencia y su capacidad de responder rápidamente a las fuentes de energía intermitentes.
El problema de los electrolizadores de tipo PEM es que son más costosos. Necesitan catalizadores eficientes y resistentes a la corrosión en ácido, por lo que llevan platino o iridio, metales escasos y caros.
En busca del catalizador barato. Los catalizadores de iridio mantienen durante más tiempo la reacción de evolución del oxígeno y permiten producir grandes volúmenes de hidrógeno. ¿Hay algún material barato que pueda hacer lo mismo?
Los investigadores del Instituto RIKEN en Japón partieron de un metal común, el manganeso, y modificaron su estructura tridimensional para conseguir el primer electrolizador PEM eficiente y duradero sin metales raros.
El secreto está en su estructura 3D. Los investigadores desarrollaron un catalizador de óxido de manganeso (MnO2) manipulando la estructura reticular del material para que forme uniones más fuertes con los átomos de oxígeno.
El MnO2 mejorado es mucho más estable que otros catalizadores de metales no-nobles, y mantiene la reacción con el agua durante mucho más tiempo.
Un 1.000% más de hidrógeno. Según un estudio publicado en Nature Catalysis, el MnO2 multiplica por 40 la vida útil de otros catalizadores baratos. El material es más resistente a disolverse en ácido y más estable durante la reacción.
En pruebas de laboratorio, el catalizador operó más de mil horas a 200 mA/cm², produciendo una cantidad de hidrógeno 10 veces mayor que otros materiales.
Esto es solo el comienzo. Queda trabajo por hacer para que el nuevo material se instale en electrolizadores industriales, pero los investigadores creen que el hallazgo desempañará un papel crucial en la producción sostenible de hidrógeno.
Futuras modificaciones a la estructura de manganeso podrían aumentar aún más la densidad de corriente que admite el material y la vida útil del catalizador, con el objetivo a largo plazo de permitir que la electrólisis de agua no necesite iridio.
Imagen | Centro RIKEN para la Ciencia de Recursos Sostenibles
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