Investigadores del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) han logrado un compuesto capaz de conseguir generar hidrógeno verde usando diez veces menos iridio, un metal de transición ultra escaso y muy caro.
Los resultados acaban de ser publicados en la revista Advanced Energy Materials.
El hidrógeno verde es el que se obtiene por electrólisis de agua utilizando energías renovables, y se espera que facilite la transición a una sociedad descarbonizada. Para conseguir este hidrógeno se necesitan electrolizadores, como los llamados electrolizadores PEM (Proton Exchange Membrane, en inglés).
La división del agua con los electrolizadores PEM es un método prometedor para generar hidrógeno verde. Sin embargo, solo se pueden usar electrocatalizadores a base de iridio, ya que el elemento puede soportar las duras condiciones ácidas que se producen durante la reacción.
Los mismos funcionan muy bien, son eficientes, pero son muy caros por los materiales que usan, explica Sergio Rojas, investigador del CSIC en el Instituto de Catálisis y Petroleoquímica (ICP) y uno de los autores del estudio. Uno de esos materiales es el iridio, que no solo es caro, sino que es uno de los materiales más escasos y peor distribuidos, añade.
El iridio es uno de los elementos más raros de la Tierra. Se encuentra sin combinar en la naturaleza en los sedimentos que fueron depositados por los ríos. Se recupera comercialmente como un subproducto de la refinación de níquel. Existe una capa muy delgada de iridio en la corteza terrestre. Sudáfrica es el mayor productor de iridio del mundo.
Actualmente, una onza troy (unidad de medida usada en metales preciosos que equivale a 32,15 gramos) cuesta 4.600 dólares, de acuerdo con Johnson Matthey, empresa líder en el sector. Por esto, los investigadores han diseñado un óxido metálico, un compuesto (catalizador) con 10 veces menos iridio respecto al que se usa en nivel comercial (de 2 miligramos por centímetro cuadrado han pasado a 0,2) y han logrado el mismo rendimiento.
Costo del catalizador
Hemos reducido por diez el costo del catalizador, señala José Antonio Alonso, investigador del CSIC en el Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM) y también autor del trabajo. Destaca cómo este estudio demuestra la importancia de la investigación fundamental como paso previo a la aplicada: este compuesto lo obtuvimos hace diez años, pero hasta ahora no le habíamos encontrado una aplicación.
María Retuerto, científica en el ICP y también autora del estudio, añade: “Esto abre la puerta a otros materiales similares y escalables”. La escalabilidad de este compuesto concreto es compleja porque necesita un horno con 200 bares de presión de oxígeno, una máquina rara ubicada en el ICMM y que usa Alonso.
Pero la investigadora es optimista: Estos materiales de iridio parte de un compuesto de partida cuya superficie se modifica en la reacción. Lo que estamos viendo ahora es que a lo mejor no necesitamos tener exactamente ese compuesto de partida. Podemos tener algo muy similar y al final la reestructuración de la superficie nos da una actividad catalítica igual.
Escalado
Cuando hablamos de escalado hablamos de producir varias toneladas, de producir de manera masiva, recuerda Rojas, que aun así destaca este compuesto como un precursor de un catalizador, gracias al que se están logrando otros compuestos. De hecho, varias empresas se han mostrado ya interesadas, como Johnson Matthey.
El proceso por el que funciona este compuesto y sus derivados lo han explicado los mismos equipos en otro artículo, publicado en Nature Communications a finales de 2022, donde ya defendían lo que ahora han demostrado: que sí era posible bajar el nivel de iridio de los catalizadores usados en la electrólisis PEM.
Pese a que la electrólisis alcalina es la técnica más desarrollada, la tecnología PEM es muy rápida y es capaz de producir grandes cantidades de hidrógeno verde de alta pureza. De momento exige iridio en su ánodo y ese es el gran problema para introducir la tecnología a mayor escala en el mercado, zanja Retuerto.
El hidrógeno ha sido descrito como el combustible de bajas emisiones del futuro. Con hidrógeno verde más barato, se podría construir una sociedad neutra en carbono lo antes posible.
