Investigadores del Center for Sustainable Resource Science (CSRS) de RIKEN (Japón) podrían haber encontrado la fórmula secreta para producir hidrógeno barato. El secreto, al parecer, podría estar en mezclar un poco de manganeso con el iridio, mucho más raro, que se necesita habitualmente hoy en día.
Una alternativa más accesible y sostenible
En la actualidad, la producción de hidrógeno requiere un catalizador para romper los enlaces del agua y liberar el hidrógeno. El mejor de estos catalizadores descubierto hasta ahora ha sido el iridio.
«El iridio es tan escaso que se calcula que para aumentar la producción mundial de hidrógeno a escala de teravatios se necesitarían 40 años de iridio», explica Shuang Kong, coautor del estudio.
Ahora bien, los investigadores del RIKEN han descubierto que el manganeso puede ayudar a hacer parte del trabajo pesado, permitiendo una reducción de hasta el 95% del contenido de iridio necesario.
Y lo que es más importante, la reducción de esta cantidad de iridio como catalizador principal no afecta de forma apreciable a la producción de hidrógeno. Si se amplía, este descubrimiento podría contribuir a convertir el hidrógeno en una alternativa realista a los combustibles basados en el carbono.
El papel del manganeso en la producción de hidrógeno
¿Es el manganeso el secreto de un futuro de «hidrógeno verde»? Esto es especialmente cierto si se tiene en cuenta que el 70% de la Tierra está cubierta por el recurso bruto necesario para fabricar combustible: el agua. Sin embargo, todavía no es posible extraer hidrógeno del agua a una escala que rivalice con la producción de energía basada en combustibles fósiles.
La producción mundial actual de energía es de aproximadamente 18 teravatios. Los métodos alternativos y respetuosos con el medio ambiente para producir energía que sustituya a los combustibles fósiles deben ser capaces de generar electricidad al mismo ritmo.
El equipo trabaja en el desarrollo de catalizadores sostenibles que utilicen metales comunes de la Tierra. Su reciente éxito ha consistido en estabilizar la producción de hidrógeno verde a un alto nivel utilizando óxido de manganeso como catalizador. No obstante, este método puede tardar varios años en alcanzar un nivel de producción industrial.
«Necesitamos una forma de tender un puente entre los electrolizadores basados en metales raros y los basados en metales comunes, de modo que podamos hacer una transición gradual a lo largo de muchos años hacia un hidrógeno verde completamente sostenible», afirma Nakamura.
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El nuevo catalizador y su rendimiento
Los investigadores han descubierto una forma de mantener la producción de hidrógeno en un electrolizador de membrana de intercambio de protones (PEM) utilizando menos iridio. Lo consiguieron esparciendo átomos individuales de iridio sobre un trozo de óxido de manganeso, evitando que se aglutinaran.
Con el nuevo catalizador se pudo producir hidrógeno de forma continua durante más de 3.000 horas (unos cuatro meses) con un rendimiento del 82% sin degradación alguna.
«La inesperada interacción entre el óxido de manganeso y el iridio fue clave para nuestro éxito», explica Ailong Li, coautor del trabajo.
«Esperamos que nuestro catalizador pueda transferirse fácilmente a aplicaciones del mundo real», afirma Nakamura, «lo que aumentará inmediatamente la capacidad de los actuales electrolizadores PEM».
El camino hacia un hidrógeno más sostenible
De cara al futuro, el equipo ya ha empezado a trabajar con socios industriales que han mejorado el catalizador original de iridio-manganeso. También tienen intención de seguir estudiando la interacción química entre el iridio y el óxido de manganeso para reducir aún más la cantidad necesaria de iridio.
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