Las fuentes de energía renovables pueden reducir las emisiones nocivas, reducir la dependencia de los combustibles fósiles y mejorar la eficiencia. Sin embargo, muchas tecnologías de energía limpia siguen siendo costosas porque dependen de materiales costosos como los metales del grupo del platino (PGM) y requieren formas eficientes de almacenar energía para su uso posterior.
Investigadores de la Universidad de Washington en St. Louis están trabajando en una posible solución. Un equipo dirigido por Gang Wu, profesor de ingeniería energética, ambiental y química en la Escuela de Ingeniería McKelvey, ha desarrollado un nuevo catalizador diseñado para un electrolizador de agua con membrana de intercambio aniónico (AEMWE). Esta tecnología utiliza electricidad de fuentes renovables para dividir el agua en hidrógeno y oxígeno, creando combustible de hidrógeno limpio en el proceso.
Nuevos catalizadores de hidrógeno sin platino
El grupo de Wu se centra en reemplazar los costosos materiales a base de platino comúnmente utilizados en los sistemas de producción de hidrógeno. Su enfoque utiliza electricidad renovable generada a partir de la luz solar, el viento o el agua para separar el hidrógeno de las moléculas de agua.
“Pasar del agua al hidrógeno es una forma muy deseable para que podamos almacenar energía para diversas aplicaciones”, afirmó Wu. “El propio hidrógeno puede utilizarse como portador de energía y es útil para diversas industrias químicas y manufactureras”.
Para fabricar el catalizador, los investigadores utilizaron fosfuro de renio (Re2P) y fosfuro de molibdeno (MoP). Juntos, los dos materiales crearon un compuesto altamente eficaz que mejoró el proceso de extracción de hidrógeno. El elemento renio ayudó a unir y liberar hidrógeno de la superficie del catalizador, mientras que el molibdeno aceleró la división del agua en el electrolito alcalino.
Desempeño sostenible para energía limpia
El equipo combinó el nuevo catalizador con un ánodo de hierro y níquel y descubrió que el sistema funcionaba mejor que un cátodo de última generación, incluido uno basado en materiales PGM. Según Wu, el catalizador funciona durante más de 1.000 horas a densidades de corriente a nivel industrial de entre 1 y 2 amperios por centímetro cuadrado. Esto lo convierte en uno de los cátodos sin platino más duraderos jamás desarrollados para electrolizadores de agua con membrana de intercambio aniónico.
“Nuestros hallazgos nos permitieron racionalizar el importante papel de la ingeniería de la red de enlaces de hidrógeno en la interfaz catalizador/electrolito en el diseño de AEMWE de alta eficiencia y bajo costo”, dijo Wu. “Nuestro catalizador mostró la resistencia más baja en todo el rango de potencial estudiado, lo que sugiere la cinética de adsorción de hidrógeno más rápida entre los catalizadores estudiados. Estas métricas de rendimiento y estabilidad recientemente logradas hacen de nuestro catalizador uno de los conjuntos de electrodos de membrana más prometedores para conjuntos de electrodos de membrana prácticos”.
Potencial para la producción de hidrógeno a gran escala
Aunque las pruebas se realizaron a escala de laboratorio, los investigadores planean continuar investigando si la tecnología se puede ampliar para uso industrial.
El trabajo fue realizado en la Universidad de Washington en St. Louis por G. contó con el apoyo financiero del fondo inicial de Wu.
