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La producción de hidrógeno, un combustible limpio y versátil, está en el centro de la transición hacia energías más sostenibles. Un nuevo estudio publicado en Science Advances en 2021, llevado a cabo por investigadores de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Estatal de Oregón (OSU) en colaboración con la Universidad de Cornell y el Argonne National Laboratory, ha avanzado significativamente en esta dirección. El estudio, que sigue en desarrollo, ha demostrado un proceso catalítico electroquímico más limpio y sostenible para producir hidrógeno, superando los métodos tradicionales basados en combustibles fósiles.
El potencial del hidrógeno
El hidrógeno es un elemento clave en diversas aplicaciones científicas, industriales y energéticas. Combinado con oxígeno, produce agua, y en forma de hidrocarburos, como el metano, es el principal componente del gas natural. Su capacidad para producir energía limpia, utilizada en pilas de combustible para automóviles y en la fabricación de productos químicos como el amoníaco, lo convierte en una solución atractiva para una economía sostenible.
La necesidad de métodos más sostenibles
Actualmente, la mayor parte del hidrógeno en los Estados Unidos se produce a partir del metano mediante el reformado con vapor, un proceso que genera emisiones de dióxido de carbono (CO₂). En contraste, la electrólisis del agua, utilizando electricidad de fuentes renovables, ofrece un método más limpio. Sin embargo, la baja eficiencia de la electrólisis, debido al alto sobrepotencial en la reacción de desprendimiento de oxígeno (REA), ha sido un obstáculo significativo.
Avances en la catalización electroquímica
El estudio de OSU y sus colaboradores se centró en mejorar la eficiencia de la electrólisis del agua mediante el desarrollo de electrocatalizadores de alto rendimiento. Utilizando herramientas avanzadas de caracterización, los investigadores estudiaron la evolución estructural atómica de un electrocatalizador de última generación, el iridato de estroncio (SrIrO₃), en un electrolito ácido.
Las observaciones revelaron una transformación química y estructural del SrIrO₃ durante las REA, lo que resultó en una actividad catalítica 1.000 veces mayor que la del catalizador comercial común, el óxido de iridio. Este hallazgo detallado a escala atómica permitió a los investigadores comprender cómo se forma la capa activa de iridato de estroncio y el papel crítico de la activación del oxígeno reticular y la difusión iónica en la formación de las unidades REA activas.
Implicaciones futuras
El trabajo de Zhenxing Feng y sus colaboradores proporciona una base sólida para el diseño de mejores catalizadores, que podrían hacer que la producción de hidrógeno a partir del agua sea más eficiente y rentable. La comprensión profunda de la evolución estructural y química de los electrocatalizadores durante las operaciones electroquímicas abre nuevas posibilidades para optimizar el proceso de electrólisis.
La producción en masa eficiente de hidrógeno a partir del agua está cada vez más cerca de convertirse en una realidad, gracias a los avances en la investigación de electrocatalizadores. La adopción de estos nuevos métodos podría revolucionar la industria del hidrógeno, haciéndolo una alternativa viable y sostenible a los combustibles fósiles. Con un continuo apoyo a la investigación y el desarrollo, el hidrógeno puede desempeñar un papel crucial en la transición hacia una economía global libre de carbono.
