Método limpio y más eficaz de obtener hidrógeno

El uso de combustibles fósiles para transporte afronta el inicio de su fin. Los motores eléctricos acabarán reemplazando a muchos motores tradicionales en automóviles y otros vehículos.

Sin embargo, los camiones de gran tonelaje, los barcos y los aviones necesitan una potencia que es muy difícil de aportar de forma práctica mediante baterías. Para estos vehículos, se necesita una fuente limpia y renovable con suficiente potencial energético y el hidrógeno es un buen candidato si se extrae del agua mediante un método limpio y sostenible.

En una investigación reciente, se ha comprobado que una reacción química para producir hidrógeno a partir del agua es varias veces más eficaz cuando se utiliza una innovadora combinación de materiales en tres capas.

El estudio es obra de un equipo integrado, entre otros, por Hui Zeng y Jianwu Sun, de la Universidad de Linköping en Suecia.

El equipo lleva tiempo trabajando en el desarrollo de materiales que puedan utilizarse para obtener hidrógeno (H2) a partir de agua (H2O) aprovechando la energía de la luz solar.

Estos científicos demostraron previamente que un material llamado carburo de silicio cúbico (3C-SiC) tiene propiedades beneficiosas para facilitar la reacción en la que el agua se divide en hidrógeno y oxígeno. El material puede captar eficazmente la luz solar, de modo que la energía que contiene dicha luz puede utilizarse para la extracción de hidrógeno mediante la reacción fotoquímica de descomposición del agua.

En su nuevo estudio, los investigadores han desarrollado un nuevo material combinado, a partir del anterior. El nuevo material consta de tres capas: una capa de carburo de silicio cúbico, una capa de óxido de cobalto y una de un material catalizador que ayuda a descomponer el agua.

El nuevo material consta de tres capas: una capa de carburo de silicio cúbico, una capa de óxido de cobalto y un material catalizador que ayuda a descomponer el agua. (Imagen: Olov Planthaber / Linköping University)

El nuevo material es ocho veces más eficaz que el carburo de silicio cúbico puro para extraer hidrógeno del agua.

Cuando la luz solar incide sobre el material, se generan cargas eléctricas que sirven para descomponer el agua. Un reto en el desarrollo de materiales para esta aplicación es evitar que las cargas positivas y negativas vuelvan a fusionarse y se neutralicen mutuamente. En su estudio, los investigadores han demostrado que al combinar una capa de carburo de silicio cúbico con las otras dos capas, el material, conocido como Ni(OH)2/Co3O4/3C-SiC, es más capaz de mantener separadas las cargas, lo que aumenta la eficiencia en la descomposición del agua.

El hidrógeno en sí mismo no contamina. Pero su grado de “limpieza” muchas veces depende del modo en que se le obtiene. Por eso, se distingue entre hidrógeno “gris” e hidrógeno “verde”. Casi todo el hidrógeno presente hoy en día en el mercado es hidrógeno gris, producido a partir de gas natural, un combustible fósil. La producción de una tonelada de gas hidrógeno gris provoca la emisión de hasta diez toneladas de dióxido de carbono, lo que contribuye al efecto invernadero y al cambio climático. En cambio, el hidrógeno verde se obtiene utilizando electricidad de una fuente limpia y renovable.

Zeng, Sun y sus colegas exponen los detalles técnicos de su nuevo método para obtener hidrógeno verde en la revista académica Journal of the American Chemical Society, bajo el título “Manipulating electron structure through dual-interface engineering of 3C-SiC photoanode for enhanced solar water splitting”. (Fuente: NCYT de Amazings)