El hidrógeno es un vector energético prometedor para descarbonizar nuestra sociedad. A diferencia de los combustibles fósiles, su uso como combustible no genera dióxido de carbono. Sin embargo, la mayoría del hidrógeno producido hoy proviene de un proceso que genera emisiones significativas de CO2. Para obtener hidrógeno verde, se requieren alternativas más sostenibles.
La electrólisis del agua es un método potencial para producir hidrógeno verde utilizando energías renovables. Este proceso se basa en catalizadores en el ánodo y el cátodo para acelerar la descomposición del agua en hidrógeno y oxígeno. Entre las tecnologías de electrólisis, la membrana electrolítica de protones (PEM) es particularmente prometedora debido a su alta eficiencia energética y sus altos índices de producción.
Tradicionalmente, la electrólisis del agua, especialmente la tecnología PEM, requiere catalizadores a base de elementos raros como el platino y el iridio. Estos materiales, aunque eficaces, presentan problemas de coste y disponibilidad, especialmente el iridio, uno de los elementos más raros en la Tierra. Encontrar alternativas a estos materiales es un desafío importante.
El equipo del ICFO ha afrontado este desafío desarrollando un nuevo catalizador a base de cobalto, un metal abundante y económico. Su enfoque innovador se basa en el uso de las propiedades del agua para estabilizar el catalizador. Al integrar agua y fragmentos de agua en la estructura del catalizador, han logrado mejorar su estabilidad en ambientes ácidos, típicos de los electrolizadores PEM.
Este avance ha sido posible gracias a un proceso llamado delaminación. Al tratar un óxido de cobalto-tungsteno con soluciones acuosas básicas, los investigadores han podido reemplazar los óxidos de tungsteno por moléculas de agua y grupos hidroxilos. Este nuevo material ha demostrado un rendimiento notable en términos de estabilidad y actividad bajo condiciones industriales de alta densidad de corriente.
Los resultados de esta investigación se han publicado en Science, destacando una colaboración entre el ICFO y varias instituciones prestigiosas, entre ellas el Instituto de Investigación Química de Cataluña (ICIQ), el Instituto Catalán de Nanociencias y Nanotecnología (ICN2), el Centro Nacional de Investigación Científica (CNRS), Diamond Light Source y el Instituto de Materiales Avanzados (INAM).
El Dr. Lu Xia, coautor principal del estudio, subraya la importancia de este descubrimiento: "Hemos alcanzado una densidad de corriente de 1 A/cm², un hito significativo, con más de 600 horas de estabilidad a esta densidad. Es un gran avance para los catalizadores sin iridio."
Aunque este descubrimiento representa un paso importante hacia la industrialización de la producción de hidrógeno verde, persisten desafíos, como la vida útil del catalizador y la optimización de los materiales. El equipo ya está trabajando en alternativas a base de níquel y manganeso para mejorar aún más el rendimiento y la durabilidad.
Al patentar esta nueva tecnología, los investigadores esperan acelerar su adopción industrial, contribuyendo así a la descarbonización de nuestra sociedad y la transición hacia energías renovables más limpias.