La tecnología podría convertirse en una alternativa accesible y ecológica a los métodos convencionales de tratamiento de aguas residuales y síntesis de peróxido de hidrógeno.
- Producción directa de H₂O₂ con baterías de zinc-aire.
- Uso de zinc abundante y barato como ánodo.
- Catalizadores sin metales, basados en carbono modificado.
- Generación de H₂O₂ y almacenamiento de energía al mismo tiempo.
- Degradación de contaminantes industriales como tintes tóxicos.
- Proceso escalable, eficiente y sostenible.
Producción de peróxido de hidrógeno mediante baterías de zinc-aire: una alternativa sostenible
El peróxido de hidrógeno (H₂O₂) es una sustancia clave en industrias como la textil, farmacéutica y alimentaria, utilizada principalmente como blanqueador, desinfectante y agente oxidante. Sin embargo, su producción industrial convencional requiere de procesos costosos y de alto consumo energético, debido al uso de catalizadores de metales preciosos y escasos, como el platino o el paladio.
Investigadores del Instituto Indio de Ciencia (IISc) han desarrollado una alternativa innovadora que permite la generación de H₂O₂ de forma local y eficiente mediante el uso de baterías de zinc-aire. Este método no solo reduce costes, sino que además permite la descontaminación simultánea de efluentes industriales, como los tintes tóxicos vertidos por la industria textil.
¿Cómo funciona la batería de zinc-aire?
En las baterías de metal-aire, el ánodo es de zinc y el cátodo utiliza el oxígeno del aire ambiente. Durante la descarga de la batería, el oxígeno se reduce en el cátodo, generando H₂O₂. Este proceso electroquímico puede seguir dos rutas: una que lleva a la formación de agua y otra que produce peróxido de hidrógeno. El desafío es controlar la reacción de reducción de oxígeno para favorecer la segunda ruta.
Para lograr esto, el equipo del IISc emplea catalizadores de carbono sin metales, modificados químicamente con grupos funcionales oxigenados, lo que permite dirigir la reacción hacia la generación de H₂O₂ y evitar la formación de agua.
Doble ventaja: producción de H₂O₂ y almacenamiento de energía
Una característica destacable de este enfoque es que, además de generar peróxido de hidrógeno, la batería almacena energía eléctrica. Esto permite aprovechar la celda tanto para la producción química como para el suministro energético, lo que añade valor y flexibilidad al sistema.
El proceso es simple: basta con hacer funcionar la batería bajo ciertas condiciones de voltaje cuidadosamente ajustadas para que el sistema se mantenga en la zona donde solo se produce H₂O₂.
Descontaminación de tintes industriales
Dado que el H₂O₂ es incoloro, para detectar su presencia se introduce un tinte industrial, comúnmente utilizado en la industria textil y altamente contaminante. El H₂O₂ generado reacciona con el tinte, provocando su degradación y un cambio de color visible. Durante este proceso, el peróxido de hidrógeno se descompone en radicales reactivos como hidroxilos y superóxidos, que son capaces de romper las moléculas del tinte, eliminando la contaminación.
Esto convierte el sistema en una herramienta no solo para la producción de H₂O₂, sino también para la remediación ambiental, abordando dos problemas industriales de manera simultánea.
Desafíos técnicos y perspectivas
Aunque la tecnología presenta muchas ventajas, aún existen retos asociados al manejo de las tres fases del sistema: sólido (zinc), líquido (electrolito) y gas (oxígeno del aire). Esta configuración es más compleja que la de las baterías convencionales, que operan solo en dos fases.
A pesar de estas dificultades, los investigadores consideran que el método es escalable y que podría aplicarse en otras áreas, como la generación de electricidad en zonas remotas o sin acceso a redes eléctricas, aportando así una solución versátil y adaptable a diversas necesidades.
Potencial de esta tecnología
Este enfoque representa una tecnología clave para la transición hacia modelos industriales más sostenibles. Al eliminar la necesidad de transportar grandes cantidades de peróxido de hidrógeno y permitir su producción in situ, se reducen tanto las emisiones asociadas al transporte como los riesgos logísticos.
Además, la posibilidad de utilizar materiales baratos, abundantes y no tóxicos como el zinc y el carbono contribuye a minimizar el impacto ambiental del proceso de fabricación.
Si esta tecnología se implementa a gran escala, podría convertirse en una herramienta estratégica para promover la descarbonización de procesos industriales, mejorar la gestión de residuos y acelerar la adopción de energías limpias. Así, el uso de baterías de zinc-aire para la producción de H₂O₂ no solo aporta soluciones técnicas, sino que también abre la puerta a un futuro energético y productivo más responsable y respetuoso con el medio ambiente.
Vía Indian Institute of Science
Más información: Behera A, Bhattacharyya AJ, Employing a Zn-air/Photo-Electrochemical Cell for In Situ Generation of H2O2 for Onsite Control of Pollutants, Small Methods (2025)
https://doi.org/10.1002/smtd.202401539
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