La revista Science ha publicado hoy los resultados de un estudio internacional que ha demostrado la utilidad de un novedoso electrocatalizador de tungstato de cobalto para llevar a cabo el reacción de electrólisis del agua en condiciones industriales. Estos resultados allanaron el camino para producir hidrógeno de una manera más limpia y sostenible.

La caracterización estructural y química de este material se ha realizado utilizando el microscopio electrónico EM02-METCAM, cofinanciado con Fondos Europeos de Desarrollo Regional (FEDER) y ubicado en el Centro Conjunto de Microscopía Electrónica en Sincrotrón ALBA (JEMCA). Los análisis fueron realizados por David Llorens Rauret, el Dr. Bernat Mundet y la Dra. Alba Garzón Manjón, e incluyeron técnicas de última generación para visualizar átomos de oxígeno y detectar las vacantes de tungstato de cobalto que aparecían tras la activación del catalizador. El trabajo ha sido liderado por el grupo de investigación del Prof. Pelayo García de Arquer en el Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO) y el CIN2 Grupo de Nanoscopía Electrónica Avanzada, dirigido por el Prof. Jordi Arbiol.

Estos resultados son sólo el punto de partida de las próximas oportunidades del Proyecto InCAEM. Esta nueva Instalación correlativa in situ de materiales energéticos avanzados. proporcionará un equipamiento único en la frontera del conocimiento.

Esquema de la reacción de electrólisis.

El desafío del hidrógeno "verde"

Hoy, la crisis climática ha puesto de relieve la necesidad de desarrollar y mejorar alternativas más sostenibles a los combustibles fósiles. Una de estas posibles fuentes de energía es el hidrógeno (h₂), que puede producirse mediante electrólisis del agua. En esta reacción, las moléculas de agua (H₂O) se dividen en hidrógeno y oxígeno (O₂) mediante el paso de una corriente eléctrica.

Actualmente, el método más común para producir hidrógeno es utilizar gas natural, lo que resulta en la emisión de gases contaminantes como el dióxido de carbono y el monóxido de carbono. Sin embargo, a diferencia de este método, la electrólisis del agua puede producir hidrógeno sin emisiones nocivas ni residuos peligrosos (conocido como hidrógeno verde). Por este motivo, este tipo de tecnología podría jugar un papel clave en la lucha contra crisis climática.

El potencial de las membranas libres de platino

Este equipo científico ha desarrollado un novedoso sistema de electrólisis basado en una estrategia llamada PEMWE (Electrólisis del agua con membrana de intercambio de protones). En este caso específico, el catalizador es un membrana de tungstato de cobalto que actúa atrapando las moléculas de agua y potenciando el intercambio de protones. A diferencia de otros sistemas comunes de electrólisis de agua, no usa platino, un material muy escaso, importante para reducir costes.

La reacción catalítica obtenida con este sistema resultó ser eficiente y factible en condiciones industriales. El sistema logró una densidad de corriente de 1,8 A/cm² a 2 V y un funcionamiento estable de hasta 1 A·cm² en condiciones industriales (80°C). Estas cifras suponen un hito en el ámbito de la PEMWE sin platino.

Estos resultados revelan nueva información sobre el diseño de electrocatalizadores para producir hidrógeno limpio a gran escala. Además, se observa que aún son necesarios esfuerzos en la investigación y desarrollo de nuevos catalizadores basados en materiales alternativos, como el manganeso o el níquel, considerando aspectos como barreras geopolíticas y factores ambientales relacionados con la extracción y tratamiento de estos elementos.