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Crean catalizador tridimensional que produce hidrógeno con agua de mar

por Haiman El Troudi
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Crean catalizador tridimensional que produce hidrógeno con agua de mar

La producción de hidrógeno a gran escala a partir del agua de mar, uno de los recursos más abundantes del planeta (96,5 % es agua salada y 3,5 % es agua dulce), continúa siendo un desafío a pesar de los avances científicos y tecnológicos de la última década.

Sin embargo, un nuevo catalizador tridimensional que produce eficientemente hidrógeno a partir del agua de mar, resultado de una investigación publicada por  la revista científica Nature Communications, representa un progreso significativo en esta materia.

Los investigadores señalan que el nuevo dispositivo, compuesto de nitruros metálicos no nobles de bajo costo, consigue evitar muchos de los obstáculos que limitaron desarrollos previos para producir hidrógeno o agua potable segura y menor costo a partir del agua de mar.

¿Sin cloro, sodio y calcio?

Crean catalizador tridimensional que produce hidrógeno con agua de mar

 

De acuerdo al grupo de investigadores de la Universidad de Houston (UH), responsable del estudio publicado, la ausencia de un catalizador que pueda realizar de forma efectiva la electrólisis (separación) del agua de mar para producir hidrógeno sin liberar, al mismo tiempo, iones de sodio, cloro, calcio y otros componentes,  ha sido uno de los principales obstáculos.

En ese sentido, el físico Zhifeng Ren, coautor del artículo y docente de la mencionada universidad, dijo que al ser liberados los iones de sodio, cloro, calcio entre otros componentes del agua de mar, estos pueden asentarse en el catalizador y hacerlo inactivo. “Los iones de cloro son especialmente problemáticos, en parte porque el cloro requiere un voltaje ligeramente más alto para liberarse que el necesario para liberar el hidrógeno”.

Hasta ahora la tecnología para producir hidrógeno a partir del agua dulce ha sido más efectiva, sin embargo, como lo indican en el artículo publicado en la revista científica, la mayoría usa agua dulce limpia para producir hidrógeno al dividir el agua pero su disponibilidad es limitada.

Funcionaría con aguas residuales

Crean catalizador tridimensional que produce hidrógeno con agua de mar

 

El dispositivo tridimensional es el resultado de la combinación de dos catalizadores de reacción de evolución, uno de oxígeno y otro de hidrógeno, que fueron integrados en un electrolizador alcalino de dos electrodos, alimentado por calor residual a través de un dispositivo termoeléctrico o por una batería AA.

Los investigadores afrontaron los desafíos diseñando y sintetizando “un catalizador tridimensional de reacción de evolución de oxígeno núcleo-cubierta utilizando nitruro de metal de transición, con nanopartículas hechas de un compuesto de nitruro de níquel-hierro y nanobarras de níquel-molibdeno-nitruro sobre espuma de níquel porosa.

Durante la investigación, el nuevo catalizador logró “densidades de corriente capaces de soportar demandas industriales”, requiriendo “un voltaje relativamente bajo para comenzar la electrólisis del agua de mar”.

En el artículo los científicos explican que “los voltajes de célula requeridos para producir una densidad de corriente de 100 miliamperios por centímetro cuadrado (una medida de densidad de corriente, o mA cm-2) oscilaron entre 1.564 V y 1.581 V”.

 

Crean catalizador tridimensional que produce hidrógeno con agua de mar

 

Al respecto el primer autor del estudio, Luo Yu, físico afiliado a las universidades Normal de China Central y de Ciencia y Tecnología de Huazhong e investigador postdoctoral de la UH, afirma que el voltaje es significativo porque para producir hidrógeno se requiere un voltaje de al menos 1.23 V, mientras que el cloro se produce a un voltaje de 1.73 V, esto indica el dispositivo tiene la capacidad de producir niveles significativos de densidad de corriente con un voltaje entre los dos niveles.

Adicionalmente, los científicos señalan que este nuevo dispositivo podría funcionar para la electrolisis de aguas residuales, lo que vendría a constituir otra fuente de hidrógeno a partir de un recurso inutilizable sin un tratamiento costoso.

En opinión de los investigadores, el nuevo dispositivo “representa un paso significativo en el desarrollo de un catalizador robusto y activo para utilizar la abundante materia prima de agua de mar del mundo para la producción de hidrógeno a gran escala, mediante fuentes de energía renovables”.

 

Con información de Nature CommunicationsQuímicaPV Magazine Latinoamérica


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