El hidrógeno verde está tomando cada vez más protagonismo en la búsqueda de utilizar combustibles más amigables con la protección del medioambiente. Foto: iStock

Producen hidrógeno verde por exposición de nanomateriales a la luz solar

Científicos del Instituto Nacional de la Investigación Científica de Quebec y del Instituto de Química y Procesos para la Energía, el Ambiente y la Salud de Francia, sumaron esfuerzos para encaminar la producción de hidrógeno verde.

Se trata de un equipo internacional que desarrolló electrodos fotosensibles nanoestructurados, a través de los cuales se puede producir hidrógeno verde, considerado por muchos países miembros de la Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económicos (OCDE) como una herramienta clave para crear industrias y sectores libre de carbono, es decir, más verdes y amigables con el medioambiente.

My Ali El Khakani, profesor del INRS, aseveró que con esta creación Quebec podría ubicarse en una posición estratégica en el sector energético de cara al futuro.

“Gracias a estos nanomateriales de alto desempeño, podemos mejorar la eficiencia de la disociación del agua para producir hidrógeno. Este combustible limpio es cada vez más importante para eliminar el carbono en sectores como el transporte público. Por ejemplo, ya hay muchos autobuses que utilizan hidrógeno como combustible en varios países de Europa y en China. Estos buses producen agua en lugar de gases de efecto invernadero”.

Los expertos explicaron a través de un comunicado de prensa que el separar las moléculas del agua en oxígeno e hidrógeno es algo de vieja data. El hidrógeno se usó, por ejemplo, en naves espaciales de la NASA y el primer motor de combustión de la historia funcionó con hidrógeno.

Sin embargo, los electrolíticos industriales requieren grandes inversiones y son consumidores de energía. Es por ello que el INRS y el instituto francés quisieron buscar un mecanismo más bien natural, es decir, en lugar de electrólisis, recurrir a la fotosíntesis. Fue así como desarrollaron electrodos estructurales que logran separar las moléculas con la ayuda de la luz solar. El proceso en sí es denominado fotocatálisis.

Para aprovechar al máximo la energía solar, los equipos de investigación optaron por un material muy abundante y químicamente estable: el dióxido de titanio (TiO2),  un semiconductor conocido por ser fotosensible a la luz ultravioleta, que representa solo el 5% de la irradiancia solar. Los investigadores utilizaron su experiencia para cambiar primero la composición atómica del TiO2 y extender su fotosensibilidad a la luz visible. Fue así como pudieron producir electrodos que pueden absorber hasta el 50% de la luz del sol. 

Posteriormente, los investigadores procedieron con la nanoestructuración del electrodo para formar una red de nanotubos de TiO2 que se asemeja a una estructura similar a una colmena. 

“Este método multiplicó el área superficial efectiva del electrodo por un factor de 100.000 o más. La nanoestructuración maximiza la relación entre la superficie y el volumen de un material. Por ejemplo, las nanoestructuras de TiO2 pueden ofrecer una superficie de hasta 50 m2 por gramo” explicó a través del comunicado el profesor El Khakani. .

Vista a través de una ventana del interior de un reactor de vacío ultraalto donde los nanotubos de óxido de titanio (TiO2) están decorados con nanopartículas de óxido de cobalto. Foto: Newswire / Institut national de la recherche scientifique (INRS)

Finalmente, los investigadores pasaron a la etapa de «nanodecoración». Este proceso consiste en depositar nanopartículas de catalizador en la red infinita de nanotubos de TiO2 para aumentar su eficiencia de producción de hidrógeno. Para lograr este paso, los expertos utilizaron la técnica de deposición por ablación con láser, un campo en el que el profesor El Khakani ha desarrollado una experiencia única en 25 años. El desafío no era solo controlar el tamaño, la dispersión y el anclaje de las nanopartículas de catalizador en la matriz de nanotubos de TiO2, sino también encontrar alternativas a los costosos catalizadores clásicos de iridio y platino.

A través de la investigación los científicos identificaron el óxido de cobalto (CoO), un material abundante en el subsuelo de Quebec, como cocatalizadores efectivos para dividir las moléculas de agua. Una comparación de los dos materiales mostró que las nanopartículas de CoO permitieron aumentar 10 veces la eficiencia fotocatalítica de estos nuevos electrodos nanodecorados bajo luz visible en comparación con los nanotubos desnudos.

Para llevar a cabo esta investigación, los científicos contaron con financiamiento del Consejo de Ciencias Naturales e Investigación de Ingeniería, de los Fondos de Investigación de Quebec y, en Francia, por la Agencia Nacional de la Investigación.

Los hallazgos del equipo de científicos fueron publicados en la edición de noviembre de 2020 de

Solar Energy Materials and Solar Cells.

RCI con información del gobierno de Quebec y el Instituto Nacional de la Investigación Científica

Categorías: Internet, ciencias y tecnologías, Medioambiente y vida animal
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