El Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de EEUU ha conseguido un nuevo catalizador para utilizar en electrolizadores. La mayor de sus ventajas es que utiliza cobalto en lugar de iridio. Eso reduce considerablemente el coste de producción del hidrógeno verde a partir de agua.
El desarrollo del nuevo catalizador se ha publicado en Science. Para los investigadores, es evidente que podemos producir mucho hidrógeno, a partir de agua, con energías renovables. Es decir, hidrógeno verde. Es una energía limpia que puede sustituir a los combustibles fósiles.
Sin embargo, el coste de producción del hidrógeno, de momento, no es muy bajo. Por ello, se buscan métodos para conseguir abaratarlo, con el fin de utilizarlo tanto en vehículos como en procesos industriales. Especialmente, señalan, en la producción de acero y de amoniaco.
Di-Jia Liu, químico sénior en Argonne, ha explicado que el proceso para producir hidrógeno llamado electrólisis existe desde hace más de un siglo y:
“Al usar el catalizador a base de cobalto preparado con nuestro método, se podría eliminar el principal cuello de botella de costos para producir hidrógeno limpio en un electrolizador”.
Catalizador de cobalto de Argonne
Un equipo multiinstitucional dirigido por el Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de EEUU (DOE) ha desarrollado un catalizador de bajo coste.
Explican que los electrolizadores de membrana de intercambio de protones (PEM) representan una nueva tecnología actualmente. Pueden dividir el agua en hidrógeno y oxígeno con mayor eficiencia casi a temperatura ambiente. La demanda de energía reducida los convierte en una opción ideal para producir hidrógeno limpio mediante el uso de fuentes renovables pero intermitentes. Entre ellas, la solar y la eólica.
El PEM funciona con catalizadores separados para cada uno de sus electrodos (cátodo y ánodo). El catalizador de cátodo produce hidrógeno, mientras que el catalizador de ánodo forma oxígeno.
Un problema es que el catalizador del ánodo usa iridio, que tiene un precio de mercado actual de alrededor de 5.000 dólares/onza. La falta de suministro y el alto coste del iridio representan una barrera importante para la adopción generalizada de electrolizadores PEM.
Pero ellos han desarrollado un nuevo catalizador a base de cobalto, sustancialmente más barato que el iridio. Según Liu:
“Buscamos desarrollar un catalizador de ánodo de bajo costo en un electrolizador PEM que genera hidrógeno a un alto rendimiento con un consumo mínimo de energía.
Al usar el catalizador a base de cobalto preparado con nuestro método, se podría eliminar el principal cuello de botella de costes para producir hidrógeno limpio en un electrolizador».
Giner Inc., una empresa de investigación y desarrollo que trabaja para la comercialización de electrolizadores y celdas de combustible, evaluó el nuevo catalizador. Lo utilizó en sus estaciones de prueba de electrolizadores PEM en condiciones de operación industrial. El resultado fue interesante: el rendimiento y la durabilidad superaron con creces los de los catalizadores de la competencia.
De cara al futuro
Señalan que para avanzar en el rendimiento del catalizador es importante comprender el mecanismo de reacción a escala atómica, en condiciones de funcionamiento, del electrolizador.
El equipo descifró los cambios estructurales críticos que se producen en el catalizador en condiciones de funcionamiento. Para ello utilizaron el análisis de rayos X en la Fuente Avanzada de Fotones (APS) de Argonne. Asimismo, identificaron características clave del catalizador utilizando microscopía electrónica en Sandia Labs y en el Centro de Materiales a Nanoescala (CNM) de Argonne. Ambos centros son instalaciones para usuarios de la Oficina de Ciencias del DOE.
Además, el modelado computacional en Berkeley Lab reveló información importante sobre la durabilidad del catalizador en condiciones de reacción.
El logro del equipo es un paso adelante en la iniciativa Earthshot de energía de hidrógeno del DOE. Es un programa que imita al espacial de EEUU «Moon Shot» de la década de 1960.
“Su objetivo es reducir el coste de producción de hidrógeno verde a un dólar por kilogramo en una década”.
La producción de hidrógeno verde a ese coste podría remodelar la economía de la nación. Las aplicaciones incluyen red eléctrica, fabricación, transporte y calefacción residencial y comercial.
Añade Liu al respecto:
“En términos más generales, nuestros resultados establecen un camino prometedor para reemplazar los catalizadores hechos de metales preciosos costosos con elementos que son mucho menos costosos y más abundantes”.
FUENTE y FOTO: Laboratorio Nacional de Argonne.
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