Un equipo de investigadores del Instituto Italiano de Tecnología (IIT) en Génova, junto con BeDimensional SpA, ha hecho un innovador descubrimiento en la producción de hidrógeno verde. Han encontrado que pequeñas estructuras de rutenio pueden ser clave en la obtención de hidrógeno a un coste reducido. Esta innovación podría marcar un hito en la generación de hidrógeno verde y económico mediante la electrolisis solar.
Una Nueva Era en la Producción de Hidrógeno Verde: Innovación Italiana
El Catalizador: De Platino a Rutenio
El proceso de electrolisis, vital en la producción de hidrógeno, se beneficia enormemente de los catalizadores, que aceleran las reacciones químicas.
Tradicionalmente, se ha usado platino sobre carbono mesoporoso como el mejor catalizador, especialmente en electrolizadores alcalinos. Sin embargo, el platino es muy caro y afecta el precio final del hidrógeno. Aquí es donde entra el rutenio, ofreciendo una alternativa mucho más económica, con un precio aproximadamente un quinto del platino.
Superando los Desafíos Técnicos
A pesar de sus ventajas, reemplazar platino con rutenio no es tarea sencilla. Los investigadores se enfrentaron a varios desafíos técnicos, como el fuerte enlace entre el rutenio y el hidrógeno, que dificultaba la liberación eficiente de H2.
Para superar este problema, el equipo usó un electrodo de dióxido de titanio amorfo decorado con una minúscula estructura de rutenio y cobre, reduciendo la cantidad necesaria de rutenio a solo 40 miligramos por kilovatio, en contraste con el gramo de platino utilizado en otros métodos.
Los avances logrados por el equipo se basan en análisis electroquímicos, simulaciones teóricas y pruebas bajo condiciones industriales. Estos estudios han permitido a los investigadores entender mejor el funcionamiento de sus materiales a nivel molecular y demostrar la viabilidad técnica y económica de esta tecnología frente a los métodos convencionales de producción de hidrógeno.
En nuestro estudio, hemos demostrado cómo es posible maximizar la eficiencia de una tecnología robusta y bien desarrollada, a pesar de una inversión inicial ligeramente mayor de lo que sería ser necesario para un electrolizador estándar. Esto se debe a que utilizamos un metal precioso como el rutenio.
Yong Zuo y Michele Ferri del Grupo de Nanoquímica del IIT de Génova.
Hemos realizado análisis y pruebas electroquímicas en condiciones industrialmente significativas que nos han permitido evaluar la actividad catalítica de nuestros materiales. Además, las simulaciones teóricas permitieron comprender el comportamiento catalítico de las nanopartículas de rutenio a nivel molecular; es decir, el mecanismo por el que el agua se divide en sus superficies. Combinando los datos de nuestros experimentos con parámetros de proceso adicionales, hemos llevado a cabo un análisis tecnoeconómico que demostró la competitividad de esta tecnología, en comparación con los electrolizadores de última generación.
Sebastiano Bellani y Marilena Zappia de BeDimensional
El rutenio es un metal precioso que se obtiene en pequeñas cantidades como subproducto de la extracción del platino (30 toneladas al año, frente a la producción anual de 200 toneladas de platino) pero a un coste menor (18,5 dólares el gramo frente a 30 dólares por platino). La nueva tecnología implica el uso de sólo 40 mg de rutenio por kilovatio, en marcado contraste con el uso extensivo de platino (hasta 1 gramo por kilovatio) e iridio (entre 1 y 2,5 gramos por kilovatio, cuyo precio ronda los 150 dólares por gramo) que caracterizan a los electrolizadores de membrana de intercambio de protones.
Mirando al Futuro
El futuro parece prometedor para esta tecnología. El IIT y BeDimensional planean aplicarla en grandes instalaciones de electrolizadores alimentados con energías renovables, como la solar.
Este avance no solo mejora la eficiencia de los electrolizadores alcalinos, sino que también promete reducir significativamente los costes de producción del hidrógeno verde.
Los resultados de este estudio han sido publicados en prestigiosas revistas científicas como el Journal of the American Chemical Society y Nature Communications.
Vía iit.it
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