¿Hidrógeno verde a 1 euro/kg? Este innovador catalizador de cobalto lo hace posible
Un avance científico prometedor podría cambiar el panorama del hidrógeno verde. Un nuevo catalizador de bajo coste podría reducir el precio del hidrógeno a 1 euro/kg, impulsando su viabilidad y sostenibilidad como vector limpio de energía.
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Publicado: 27/06/2023 07:00
Avanzando hacia un futuro más sostenible, científicos del Argonne National Laboratory en Estados Unidos han estado trabajando arduamente para encontrar métodos de producción de hidrógeno limpio a bajo coste a partir del agua.
El objetivo principal de este esfuerzo es reemplazar los combustibles fósiles y combatir el cambio climático, aprovechando así los numerosos beneficios que ofrece el hidrógeno verde.
El objetivo es reducir el coste de producción de hidrógeno verde a un dólar por kilogramo en un plazo de una década
El hidrógeno, al ser utilizado como combustible, tiene la ventaja de no emitir más que agua, lo que lo convierte en una opción respetuosa con el medio ambiente.
Además, el hidrógeno es un componente químico vital en diversos procesos industriales, especialmente en la fabricación de acero y la producción de amoníaco. Por lo tanto, su potencial uso en estas industrias lo convierte en una alternativa altamente deseable.
El hidrógeno verde es demasiado caro
Con este fin en mente, un equipo multiinstitucional liderado por el Laboratorio Nacional Argonne, perteneciente al Departamento de Energía de Estados Unidos (DOE), ha logrado un importante avance en la reducción de costes para la producción de hidrógeno limpio a partir del agua.
Durante esta investigación, se contó con la participación de colaboradores como los Laboratorios Nacionales Sandia y Berkeley del DOE, así como la empresa Giner Inc.
Uno de los enfoques clave en esta investigación se centró en los electrolizadores de membrana de intercambio de protones (PEM, por sus siglas en inglés), que representan una nueva generación de tecnología para el proceso de electrólisis.
Estos electrolizadores tienen la capacidad de dividir el agua en hidrógeno y oxígeno con mayor eficiencia a temperatura ambiente. Su menor demanda de energía los convierte en la opción ideal para producir hidrógeno limpio utilizando fuentes renovables, como la energía solar y eólica, que son intermitentes por naturaleza.
El electrolizador PEM utiliza catalizadores separados para cada uno de sus electrodos: el cátodo y el ánodo. Mientras que el catalizador del cátodo produce hidrógeno, el catalizador del ánodo forma oxígeno.
Sin embargo, el principal obstáculo para la adopción generalizada de los electrolizadores PEM ha sido el alto coste del catalizador del ánodo, que actualmente utiliza iridio, un metal con un precio de mercado cercano a los 5000 dólares por onza.
La falta de suministro y el elevado coste del iridio han sido una barrera significativa para la implementación masiva de esta tecnología.
Catalizador de cobalto
En respuesta a este desafío, el equipo de investigación del Argonne National Laboratory ha desarrollado un catalizador de bajo coste utilizando cobalto como ingrediente principal.
El cobalto es sustancialmente más económico que el iridio, lo que representa un gran avance en la reducción de costes para la producción de hidrógeno limpio en electrolizadores.
Giner Inc., una empresa líder en investigación y desarrollo de electrolizadores y celdas de combustible, evaluó este nuevo catalizador en sus estaciones de prueba de electrolizadores PEM, demostrando un rendimiento y una durabilidad superiores a los catalizadores de la competencia.
«Al utilizar el catalizador a base de cobalto desarrollado mediante nuestro método, podríamos eliminar el principal obstáculo de costes para producir hidrógeno limpio en un electrolizador», señaló Di-Jia Liu, químico senior en Argonne y profesor de la Escuela de Ingeniería Molecular Pritzker de la Universidad de Chicago.
Para maximizar el rendimiento del catalizador, es crucial comprender el mecanismo de reacción a escala atómica bajo las condiciones de operación del electrolizador.
El equipo de investigación logró desentrañar los cambios estructurales críticos que ocurren en el catalizador durante estas condiciones utilizando análisis de rayos X en la Advanced Photon Source (APS) en Argonne.
Además, se empleó microscopía electrónica en los Laboratorios Sandia y en el Centro de Materiales a Escala Nanométrica (CNM) de Argonne para identificar características clave del catalizador.
«Analizamos la estructura atómica en la superficie del nuevo catalizador en diversas etapas de preparación», explicó Jianguo Wen, científico de materiales en Argonne. Estos avances en la comprensión del catalizador a nivel atómico han sido fundamentales para optimizar su rendimiento y durabilidad en condiciones de reacción.
Un paso más hacia el hidrógeno verde barato
Este logro del equipo de investigación del Argonne National Laboratory representa un avance significativo en la iniciativa Hydrogen Energy Earthshot del DOE.
Este ambicioso proyecto tiene como objetivo reducir el coste de producción de hidrógeno verde a un dólar por kilogramo en un plazo de una década.
Si se logra producir hidrógeno verde a ese coste, podría tener un impacto transformador en la economía del país. Las posibles aplicaciones son numerosas e incluyen la integración en la red eléctrica, la industria manufacturera, el sector del transporte, así como en sistemas de calefacción residencial y comercial.
Gracias a los esfuerzos de investigación y desarrollo realizados por instituciones como el Argonne National Laboratory, estamos un paso más cerca de hacer que el hidrógeno limpio sea accesible y competitivo en comparación con los combustibles fósiles.
Estos avances tecnológicos nos acercan a una era en la que el hidrógeno verde podría llegar a desempeñar un papel fundamental en la descarbonización de nuestra sociedad y en la lucha contra el cambio climático.
