Hidrógeno barato por división del agua con un nuevo catalizador

Un nuevo catalizador híbrido de bajo costo, creado por Caltech y la Universidad de Houston, es capaz de dividir el agua para producir hidrógeno, adecuado para la comercialización a gran escala, la mayoría de los sistemas para dividir el agua en sus componentes -hidrógeno y oxígeno- requieren dos catalizadores, uno para estimular una reacción para separar el hidrógeno y otro para producir oxígeno. El nuevo catalizador, hecho de fosfuros de hierro y diniquel en espuma de níquel disponible comercialmente, realiza ambas funciones.

Los investigadores dijeron que tiene el potencial de reducir drásticamente la cantidad de energía requerida para producir hidrógeno a partir del agua mientras se genera una alta densidad de corriente, una medida de la producción de hidrógeno. Los requisitos de energía más bajos significan que el hidrógeno podría producirse a un costo menor.

Hidrógeno barato por división del agua con un nuevo catalizador

"Nos acerca más a la comercialización", dijo Zhifeng Ren, MD, presidente de la Cátedra Anderson de física en la Universidad de Houston, y autor principal de un artículo que describe el nuevo catalizador publicado en Nature Communications.

El hidrógeno se considera una fuente deseable de energía limpia, en forma de pilas de combustible para alimentar motores eléctricos o quemarse en motores de combustión interna, junto con una serie de usos industriales. Debido a que puede comprimirse o convertirse en líquido, se almacena más fácilmente que otras formas de energía, dijo Ren, quien también es investigador en el Centro de Superconductividad de Texas en la Universidad de Houston.



Pero encontrar una forma práctica, económica y respetuosa con el medio ambiente de producir grandes cantidades de gas de hidrógeno, especialmente dividiendo el agua en sus partes componentes, ha sido un desafío, la mayor parte del hidrógeno se produce actualmente a través del reformado de metano con vapor y la gasificación del carbón; esos métodos aumentan la huella de carbono del combustible a pesar de que se quema limpiamente.

"Nos acerca más a la comercialización", dijo Zhifeng Ren, MD, presidente de la Cátedra Anderson de física en la Universidad de Houston, y autor principal de un artículo que describe el nuevo catalizador publicado en Nature Communications.

Y aunque los catalizadores tradicionales pueden producir hidrógeno a partir del agua, el coautor Shuo Chen, profesor asistente de física en UH, dijo que generalmente dependen de elementos caros del grupo del platino. Eso aumenta el costo, haciendo que la separación de agua a gran escala sea poco práctica.

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"Por el contrario, nuestros materiales se basan en elementos abundantes de la tierra y exhiben un rendimiento comparable con los de los materiales del grupo del platino", dijo en un comunicado. "Se puede ampliar potencialmente a bajo costo, lo que lo hace muy atractivo y prometedor para la comercialización de la división del agua".

Los investigadores dijeron que el catalizador se mantuvo estable y efectivo durante más de 40 horas de prueba.

El nuevo catalizador, escribieron, "demuestra ser un catalizador bifuncional sobresaliente para la división del agua en general, que exhibe actividades extremadamente altas de REA (reacción de evolución del oxígeno) y HER (reacción de evolución del hidrógeno) en el mismo electrolito alcalino. De hecho, establece un nuevo registro en electrolizadores de agua alcalina (1,42 V para proporcionar 10 mA cm-2), frente a la densidad de corriente comercialmente práctica de 500 mA cm-2".

Los catalizadores anteriores han utilizado diferentes materiales para estimular una reacción para producir hidrógeno que aquellos que se utilizan para producir el oxígeno. Ren dijo que la interacción entre las partículas de fosfuro de hierro y las partículas de fosfuro de diniquel impulsó ambas reacciones. "De alguna manera, un esfuerzo conjunto de los dos materiales es mejor que cualquier material individual", dijo.

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