El hidrógeno verde ha surgido como una solución clave en los esfuerzos por lograr una economía descarbonizada. Sin embargo, su adopción masiva se ha visto obstaculizada por los altos costos de producción. Estos costos se derivan principalmente del uso de metales raros costosos, como el platino y el iridio, en los dispositivos de electrólisis de membrana de polímero que se utilizan para producir este hidrógeno ecológico. Afortunadamente, un equipo de investigadores del Centro de Investigación de Hidrógeno y Celdas de Combustible del Instituto Coreano de Ciencia y Tecnología (KIST) ha desarrollado una tecnología innovadora que podría cambiar el juego.
Una reducción significativa de metales raros en la producción de hidrógeno verde
El equipo de investigación, liderado por el Dr. Hyun S. Park y Sung Jong Yoo, ha logrado disminuir de manera significativa la cantidad de platino y iridio requerida en las capas protectoras de estos dispositivos de electrólisis. Lo que es aún mejor, esta reducción no compromete el rendimiento ni la durabilidad, dos aspectos cruciales para su uso a gran escala.
La clave: la sustitución de metales preciosos por nitruro de hierro
A diferencia de estudios anteriores que se centraron únicamente en reducir la cantidad de catalizador de iridio, los investigadores del KIST reemplazaron el metal precioso en la capa protectora por nitruro de hierro económico, que posee una gran área superficial. Luego, se recubrió uniformemente una menor cantidad de catalizador de iridio sobre él. ¿El resultado? Un aumento notable en la eficiencia económica del dispositivo.
Mejora de la eficiencia económica en la producción de hidrógeno verde
Estos dispositivos de electrólisis desempeñan un papel crucial en la producción de hidrógeno verde, ya que generan hidrógeno y oxígeno de alta pureza al descomponer el agua utilizando fuentes renovables como la energía solar. Además, suministran hidrógeno a diversas industrias, incluyendo la fabricación de acero y productos químicos. Además, son ideales para almacenar energía renovable en forma de hidrógeno, lo que hace que la mejora de la eficiencia económica de estos dispositivos sea un paso vital para lograr una economía basada en el hidrógeno verde.
Superando la escasez de metales preciosos
Un obstáculo clave en la adopción generalizada de estos dispositivos de producción de hidrógeno verde ha sido la escasez y la baja producción de los metales preciosos utilizados en las máquinas. En las unidades de electrólisis estándar, por ejemplo, el electrodo generador de oxígeno que opera en un entorno altamente corrosivo requiere una capa protectora de oro o platino. Además, se recubre una capa de catalizador de iridio. Desafortunadamente, ambos metales tienen reservas y producción mínimas.
La solución: el nitruro de hierro como alternativa a los metales preciosos
Para mejorar la viabilidad económica de la electrólisis del agua, el equipo del KIST reemplazó estos metales raros por nitruro de hierro económico (Fe2N). Se utilizó un proceso compuesto para recubrir uniformemente el electrodo con óxido de hierro, que tiene baja conductividad eléctrica, y luego convertirlo en nitruro de hierro para mejorar la conductividad. Sobre esta capa de nitruro de hierro, se recubrió uniformemente un catalizador de iridio de aproximadamente 25 nanómetros de grosor, reduciendo la cantidad de catalizador de iridio requerido a menos de 0,1 mg/cm2.
El electrodo desarrollado reemplaza al oro o platino utilizado como capa protectora, manteniendo un rendimiento comparable a las unidades de electrólisis comerciales existentes, y reduce la cantidad de catalizador de iridio a tan solo el 10% del nivel actual. El equipo operó con estos nuevos componentes durante más de 100 horas para verificar su estabilidad inicial.
Un paso importante hacia el hidrógeno verde más asequible
«Reducir la cantidad de catalizador de iridio y desarrollar materiales alternativos para la capa protectora de platino es esencial para el uso económico y generalizado de los dispositivos de producción de hidrógeno verde de membrana de electrólisis de polímero, y el uso de nitruro de hierro económico en lugar de platino es de gran importancia», afirmó el Dr. Hyun S. Park del KIST. «Después de observar el rendimiento y la durabilidad del electrodo, lo aplicaremos pronto en dispositivos comerciales».
Este avance en la reducción de metales raros en la producción de hidrógeno verde es un paso significativo hacia la reducción de costos de este combustible ecológico y lo hace más viable económicamente para su uso generalizado. Podría contribuir a acelerar la transición hacia una economía descarbonizada al promover la adopción de la tecnología de hidrógeno verde.
Vía newswise.com y eng.kist.re.kr