Investigadores en Corea del Sur desarrollaron un catalizador de bajo costo capaz de activar el llamado “oxígeno oculto” dentro de la estructura de óxidos metálicos para mejorar la producción de hidrógeno verde mediante electrólisis del agua. El avance apunta a reducir la dependencia de metales preciosos como iridio y rutenio, considerados uno de los principales cuellos de botella para escalar la industria del hidrógeno.
El trabajo fue liderado por científicos de la Universidad Sungkyunkwan y la Universidad Nacional Kyungpook, quienes lograron modificar la distancia atómica entre cobalto y oxígeno dentro de nanoclústeres de óxido de cobalto inferiores a 2 nanómetros. Según los investigadores, esa contracción de enlaces permitió activar el “lattice oxygen”, es decir, oxígeno presente dentro de la red cristalina del material y normalmente inactivo en la reacción.
Qué cambia en la producción de hidrógeno verde
La electrólisis del agua separa hidrógeno y oxígeno utilizando electricidad, idealmente proveniente de energías renovables. Sin embargo, el proceso enfrenta un problema crítico: la reacción de evolución de oxígeno (OER) es lenta y requiere catalizadores altamente eficientes.
Actualmente, muchos electrolizadores utilizan iridio o rutenio, metales escasos y costosos. El nuevo enfoque busca reemplazarlos con materiales más abundantes como el cobalto.
Los investigadores indicaron que el nuevo nanocatalizador operó con menor demanda energética que catalizadores comerciales basados en iridio y mantuvo estabilidad durante más de 100 horas bajo condiciones de alta corriente.
El rol del “oxígeno oculto”
El hallazgo se basa en modificar la estructura interna del catalizador para que el oxígeno de la red cristalina participe directamente en la reacción química.
La reacción de electrólisis puede resumirse así:
2H_2O \rightarrow 2H_2 + O_2
En la etapa más compleja del proceso ocurre la llamada reacción de evolución de oxígeno:
4OH^- \rightarrow O_2 + 2H_2O + 4e^-
Según el estudio, al contraer la distancia entre átomos de cobalto y oxígeno hasta aproximadamente 2,03 angstroms, el material activó una nueva ruta catalítica capaz de acelerar esa reacción.
Impacto potencial para minería y energía
El desarrollo es relevante para países que buscan expandir proyectos de hidrógeno verde a escala industrial, incluyendo Chile, Australia y Medio Oriente, donde el costo de los electrolizadores sigue siendo un factor clave.
La disponibilidad limitada de iridio representa un riesgo para la cadena de suministro global. Diversos análisis internacionales advierten que la demanda de este metal podría superar ampliamente la producción minera disponible si la industria del hidrógeno acelera su expansión durante la próxima década.
Reducir o eliminar metales preciosos en electrolizadores podría disminuir costos de inversión y facilitar despliegues masivos asociados a minería, amoníaco verde, combustibles sintéticos y descarbonización industrial.
La carrera global por nuevos catalizadores
El avance se suma a múltiples investigaciones internacionales orientadas a desarrollar catalizadores más eficientes y baratos para hidrógeno verde.
En Estados Unidos, investigadores de Rice University desarrollaron recientemente un fotocatalizador cobre-rodio capaz de producir hidrógeno usando luz en lugar de calor, mientras Stanford y otros centros trabajan en estructuras nanoescalares para acelerar reacciones químicas asociadas al hidrógeno.
La presión por reducir costos es creciente: la Agencia Internacional de Energía estima que el hidrógeno bajo en emisiones necesitará una fuerte caída en CAPEX y mejoras tecnológicas para competir masivamente con combustibles fósiles en industrias pesadas y minería.
Qué observará la industria
El principal desafío ahora será escalar la tecnología desde laboratorio hacia aplicaciones industriales reales.
Aunque el estudio mostró estabilidad por más de 100 horas, los electrolizadores comerciales operan miles de horas continuas bajo condiciones extremas. La capacidad del nuevo material para mantener rendimiento, resistir corrosión y reducir costos de fabricación será clave para determinar su viabilidad comercial.
Si tecnologías de este tipo logran reemplazar metales críticos escasos, podrían modificar la economía global del hidrógeno verde y reducir la dependencia minera de elementos estratégicos como iridio y rutenio.
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