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Tecnología verde para producir hidrógeno del agua del mar con eficiencia

  • Científicos de la Universidad de Houston han explicado en 'Nature Communications' el desarrollo de un nuevo catalizador que produce eficientemente hidrógeno a partir del agua de mar.

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El agua de mar es uno de los recursos más abundantes en la tierra, siendo una promesa tanto como fuente de hidrógeno, deseable como fuente de energía limpia, como de agua potable en climas áridos.

Pero a pesar de que las tecnologías de división del agua capaces de producir hidrógeno a partir de agua dulce se han vuelto más efectivas, el agua de mar sigue siendo un desafío.

Tecnología verde para producir hidrógeno del agua del mar con eficiencia

Ahora, investigadores han informado de un avance significativo con un nuevo catalizador de reacción de evolución de oxígeno que, combinado con un catalizador de reacción de evolución de hidrógeno, ha logrado densidades de corriente capaces de soportar demandas industriales, al tiempo que requiere un voltaje relativamente bajo para comenzar la electrólisis del agua de mar.

Los investigadores aseguran que el dispositivo, compuesto por nitruros metálicos no nobles de bajo coste, logra evitar muchos de los obstáculos que han limitado los intentos anteriores de producir hidrógeno o agua potable a bajo coste a partir del agua de mar.

El director del Centro de Superconductividad de Texas en la Universidad de Houston, el catedrático Zhifeng Ren, también autor correspondiente del artículo, señala que un obstáculo importante ha sido la falta de un catalizador que pueda dividir efectivamente el agua de mar para producir hidrógeno sin liberar iones libres de sodio, cloro, calcio y otros componentes del agua de mar, que una vez liberados pueden asentarse en el catalizador y dejarlo inactivo.

Los iones de cloro son especialmente problemáticos, en parte porque el cloro requiere un voltaje ligeramente mayor para liberarse del que se necesita para liberar hidrógeno.

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También funcionaría con aguas residuales

Para el trabajo, los investigadores probaron los catalizadores con agua de mar extraída de la Bahía de Galveston en la costa de Texas. No obstante, según Ren, el catalizador también funcionaría con aguas residuales, proporcionando otra fuente de hidrógeno del agua que de otro modo sería inutilizable sin un tratamiento costoso.

"La mayoría de las personas usan agua dulce limpia para producir hidrógeno mediante la división del agua -comenta en un comunicado-. Pero la disponibilidad de agua dulce limpia es limitada".

Para abordar los desafíos, los investigadores diseñaron y sintetizaron un catalizador tridimensional de reacción de evolución de oxígeno núcleo-cubierta utilizando nitruro de metal de transición, con nanopartículas hechas de un compuesto de nitruro de níquel-hierro y nanobarras de níquel-molibdeno-nitruro sobre espuma de níquel porosa.

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El primer autor del trabajo, Luo Yu, investigador postdoctoral en la Universidad de Houston que también está afiliado a la Central China Normal University, afirma que el nuevo catalizador de reacción de evolución de oxígeno se combinó con un catalizador de reacción de evolución de hidrógeno previamente reportado de nanobarras de níquel-molibdeno-nitruro.

Los catalizadores se integraron en un electrolizador alcalino de dos electrodos, que puede ser alimentado por calor residual a través de un dispositivo termoeléctrico o por una batería AA.

Los voltajes de célula requeridos para producir una densidad de corriente de 100 miliamperios por centímetro cuadrado (una medida de densidad de corriente, o mA cm-2) oscilaron entre 1.564 V y 1.581 V.

El voltaje es significativo, según indica Yu, porque si bien se requiere un voltaje de al menos 1.23 V para producir hidrógeno, el cloro se produce a un voltaje de 1.73 V, lo que significa que el dispositivo tenía que poder producir niveles significativos de densidad de corriente con un voltaje entre los dos niveles.

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