Una tecnología innovadora permite producir hidrógeno verde de manera más rentable y respetuosa con el medio ambiente, al sustituir costosos catalizadores hechos de metales preciosos.
Se trata de un catalizador de electrólisis de agua bifuncional para la alta eficiencia y producción estable de hidrógeno verde de alta pureza. Exhibe una durabilidad excepcional incluso en ambientes ácidos altamente corrosivos, según los científicos coreanos que lo han presentado en la revista Advanced Materials.
Al utilizar rutenio, silicio y tungsteno (RuSiW), el catalizador es más rentable en comparación con los catalizadores convencionales de platino (Pt) o iridio (Ir). Además, emite significativamente menos gases de efecto invernadero, lo que la convierte en una alternativa ecológica.
La electrólisis del agua es una tecnología de vanguardia que produce hidrógeno mediante el proceso de electrolización del agua.
Se considera una tecnología clave para lograr una sociedad neutra en carbono, ya que permite la producción de hidrógeno respetuoso con el medio ambiente y sin emisiones de carbono.
El equipo de investigación se centró en encontrar alternativas a los catalizadores de metales preciosos como el platino y el iridio, que presentan estabilidad en condiciones ácidas.
El rutenio ha ganado atención como metal ecológico debido a su costo de producción relativamente bajo y sus emisiones de gases de efecto invernadero significativamente menores en comparación con el platino y el iridio. Sin embargo, enfrentó desafíos en la comercialización debido a su menor actividad catalítica en comparación con el platino y su menor estabilidad en comparación con el iridio.
Para superar estas limitaciones, el equipo de investigación desarrolló un catalizador a base de rutenio, silicio y tungsteno.
Al mejorar la función del catalizador de rutenio, que tiene menor estabilidad tanto en la reacción de evolución de hidrógeno (HER) como en la reacción de evolución de oxígeno (OER), el equipo demostró el potencial del catalizador como catalizador bifuncional.
El catalizador desarrollado presenta una estructura dopada con tungsteno y silicio alrededor de un átomo de rutenio. La capacidad de aceleración de la reacción del catalizador se mejoró aumentando la intensidad de adsorción de protones en la superficie del catalizador.
Muestra una mayor actividad en la reacción de desprendimiento de hidrógeno en comparación con los catalizadores de platino disponibles comercialmente. Además, una fina película de tungsteno con un espesor de 5 a 10 nm protege el sitio catalítico del rutenio, mejorando así su estabilidad.
El equipo de investigación realizó un experimento de estabilidad del catalizador. Utilizando un electrolito ácido (con una acidez de 0.3), inyectaron 10 mA de corriente en un electrodo. El catalizador desarrollado demostró un rendimiento estable incluso después de funcionar durante más de 100 horas.
El profesor Jungki Ryu, autor principal del estudio en la Escuela de Ingeniería Química de UNIST (Ulsan National Institute of Science and Technology), afirmó: “El desarrollo de este catalizador de tres elementos es importante ya que tiene el potencial de reemplazar simultáneamente el costoso platino y el iridio. Se espera que se aplique a sistemas de producción de hidrógeno verde de alta pureza, como los electrolizadores PEM, ya que puede sintetizarse fácil y establemente incluso en condiciones ácidas altamente corrosivas.”
