ECOLOGÍA en ACCIÓN: Equipo de Investigación del KIST desarrolla un catalizador de alta
eficiencia para la electrólisis del agua con “1/20 de uso de catalizador”
El equipo de investigación del Dr.
Kim Myeong-geun y el Dr. Yoo Seong-jong, del Grupo de Investigación de
Hidrógeno y Pilas de Combustible en el Instituto de Ciencia y Tecnología de
Corea (KIST, dirigido por el presidente Oh Sang-rok), ha anunciado el
desarrollo de un catalizador de electrólisis del agua altamente eficiente, que
reduce la cantidad de iridio utilizada a 1/20 de la cantidad empleada
en los catalizadores comerciales mediante la introducción de un
soporte de carbono de alta durabilidad.
El incremento en la demanda global de
hidrógeno ha impulsado la expansión de instalaciones de electrólisis de agua,
aunque el elevado costo de los catalizadores de iridio sigue
siendo un obstáculo importante. Estos catalizadores han demostrado ser los más
eficientes y duraderos para reacciones de electrólisis, pero su precio y la
limitada disponibilidad de iridio, que se extrae principalmente en regiones
específicas como Sudáfrica, generan una alta inestabilidad en la cadena de
suministro. Esto ha motivado el desarrollo de catalizadores que reduzcan la dependencia
del iridio.
Innovación
en el uso de iridio: reducción de costes y mayor estabilidad
El equipo de investigación ha
desarrollado un catalizador de bajo contenido de iridio mediante la
introducción de un soporte de carbono altamente durable, que reduce
considerablemente el uso del iridio. En las reacciones de electrólisis, el
soporte de carbono convencional tiende a oxidarse, produciendo dióxido de
carbono cuando se encuentra bajo un voltaje de 1,6 a 2,0 V, lo que
hacía urgente el desarrollo de un soporte más estable. Para superar este
desafío, los científicos han aplicado un carbono hidrofóbico,
caracterizado por su baja interacción con el agua, lo cual ha permitido
suprimir las reacciones de corrosión del carbono al mismo tiempo que reduce el
uso de iridio.
Además, se introdujo selenio (Se) en
el soporte de carbono con el objetivo de mejorar la durabilidad del
catalizador de bajo iridio. Uno de los desafíos era que el iridio podía
sufrir cambios o disolverse durante la reacción de electrólisis del agua,
disminuyendo rápidamente su durabilidad. La introducción de selenio permitió la
formación de una fina capa de hidróxido en la superficie del iridio, la cual
actúa como una barrera protectora, evitando el cambio y la pérdida
de iridio durante la reacción.
Resultados
prometedores: rendimiento superior con menor consumo de iridio
Al aplicar el nuevo catalizador de
bajo iridio en instalaciones comerciales de electrólisis, se confirmó que el
rendimiento mejoró significativamente al reducir la cantidad de iridio a 0,05
mg/cm², es decir, solo el 5% del nivel convencional. Al crear
una membrana con ensamblaje de electrodos (MEA) revestida con esta cantidad
mínima de iridio y realizar experimentos con una membrana de electrólito de
polímero (PEMWE), se registró una densidad de corriente de 3,18 A/cm² a
1,9 V, superando el rendimiento de los catalizadores comerciales, que
alcanzan aproximadamente 2,45 A/cm².
Este avance se presenta como una
solución para reducir los altos costos asociados a la expansión de las
infraestructuras de hidrógeno y abaratar el costo de producción del
hidrógeno, ya que se ha logrado un catalizador que mantiene la eficiencia y
durabilidad con un uso mínimo de iridio. Para impulsar la comercialización de
esta tecnología de electrólisis de agua de bajo iridio, los investigadores
planean desarrollar nuevos materiales de soporte y estructuras de
catalizadores que incrementen la eficiencia en la producción de
hidrógeno.
Impacto
en la transición hacia una sociedad basada en el hidrógeno
El Dr. Kim Myeong-geun del KIST
subrayó la importancia de este avance: “Hemos presentado una estrategia para
desarrollar un soporte que permita la implementación de un catalizador de bajo
iridio sin comprometer su rendimiento. Este trabajo no solo reduce el costo
de producción del hidrógeno verde, sino que también contribuirá de forma
decisiva a la transición hacia una sociedad basada en el hidrógeno”. Además, el
equipo tiene previsto incorporar tecnología de síntesis de
catalizadores a gran escala para hacer viable esta innovación a nivel
industrial.
Este avance representa un paso
crucial para la sostenibilidad, ya que
la tecnología de electrólisis es fundamental para la generación de hidrógeno
verde. Este tipo de hidrógeno, producido sin emisiones contaminantes, es
esencial en la transición hacia energías limpias y en la reducción de las
emisiones de gases de efecto invernadero.
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