Usa solo agua, hierro, níquel y electricidad para crear energía de hidrógeno mucho más barata que antes
Científicos australianos afirman que han encontrado una forma mucho más barata y eficiente de separar el hidrógeno del agua, utilizando catalizadores de hierro y níquel de fácil obtención en lugar de caros y raros catalizadores de rutenio, platino e iridio favorecidos por los productores actuales de hidrógeno a gran escala, que son literalmente miles de veces más caros.
Se está aprovechando mucho la idea de la "economía del hidrógeno" en desarrollo, en la cual los combustibles de hidrógeno comprimido se convertirán en una fuente de energía tan común como la gasolina, y los automóviles de células de combustible ocuparán un lugar en el transporte junto a los motores de combustión y los vehículos eléctricos.
Hace unos días escribimos sobre el primer barco de transporte de hidrógeno líquido del mundo, diseñado para llevar el hidrógeno producido en Australia a través del agua para ser utilizado en Japón como energía limpia. En este momento, sin embargo, Australia está produciendo hidrógeno de una de las formas más sucias posibles: usando carbón marrón, un proceso que requiere 160 toneladas de carbón para producir tres toneladas de hidrógeno líquido comprimido, con unas monstruosos 100 toneladas de dióxido de carbono como subproducto.
Se estima que el trozo de pastel de "energía limpia" de hidrógeno, particularmente en Japón y Corea, valdrá miles de millones de dólares en las próximas décadas, por lo que muchos buscadores están oliendo las oportunidades de exportación masiva de energía, pero de manera realista, hasta que las matemáticas comiencen a acumularse en formas más ecológicas de producir hidrógeno, los costos ambientales de producir estas cosas a granel podrían ser abrumadores.
La forma "verde" de producir hidrógeno es separarlo del agua mediante electrólisis. Pones agua en un recipiente con un par de electrodos y aplicas energía. El oxígeno se acumula en el ánodo, el hidrógeno en el cátodo, y si la electricidad que pusiste en este proceso se generó de manera sostenible, entonces, felicitaciones, tienes un poco de hidrógeno adecuadamente verde, siempre y cuando no lo cargues en camiones y barcos diesel, y la energía que uses para comprimir y súper enfriar también sea verde.
El problema hasta ahora ha sido que dividir el agua es costoso e ineficiente, lo que dificulta que el hidrógeno verde compita contra el hidrógeno marrón, o incluso la gasolina. Todo lo cual hace que este desarrollo reciente de un equipo de investigación se extienda a través de tres importantes universidades australianas: UNSW, Griffith y Swinburne.
En un artículo publicado en Nature Communications, el equipo dijo que había logrado reemplazar el costoso platino en el catalizador de carbono utilizando un "catalizador de nanopartículas Janus con una interfaz de óxido de níquel-hierro" - y que el circuito resultante había podido dividir el agua con "según nuestro conocimiento, la mayor eficiencia energética (83.7 por ciento) reportada hasta la fecha".
"Lo que hacemos es recubrir los electrodos con nuestro catalizador para reducir el consumo de energía", dice el profesor de la Escuela de Química de la UNSW, Chuan Zhao. "En este catalizador hay una pequeña interfaz a nanoescala donde el hierro y el níquel se encuentran a nivel atómico, que se convierte en un sitio activo para dividir el agua. Aquí es donde el hidrógeno puede separarse del oxígeno y capturarse como combustible, y el oxígeno puede liberarse como un desecho ecológico".
Imagen: Diseño de nanopartículas y microscopias electrónicas.
"La interfaz a nanoescala cambia fundamentalmente la propiedad de estos materiales", continúa. "Nuestros resultados muestran que el catalizador de níquel-hierro puede ser tan activo como el platino para la generación de hidrógeno. Un beneficio adicional es que nuestro electrodo de níquel-hierro puede catalizar la generación de hidrógeno y oxígeno, por lo que no solo podríamos reducir los costos de producción utilizando elementos abundantes en la Tierra, sino también los costos de fabricar un catalizador en lugar de dos".
Queda por ver cómo este desarrollo podría afectar el costo de la producción de hidrógeno a gran escala, pero Zhao es muy optimista: "Hemos estado hablando de la economía del hidrógeno durante años, pero esta vez parece que realmente está llegando".
También queda por ver si países como Australia pueden obtener suficientes generadores de energía solar o eólica construidos para ser exportadores de hidrógeno verdaderamente "verde" a una escala que pueda hacer mella significativa en los niveles de smog de Tokio o Seúl. O, de hecho, si esos países hambrientos de exportaciones se arrepienten de enviar grandes cantidades de su agua al extranjero en forma de combustible. Hasta que el caucho se encuentre con el camino en una cadena internacional de suministro de hidrógeno, parece estar justificado un buen escepticismo.
Artículo científico: Overall electrochemical splitting of water at the heterogeneous interface of nickel and iron oxide
