Ingenieros de la Universidad de Nottingham han encontrado una manera de transformar residuos metálicos en un catalizador altamente eficiente para producir hidrógeno a partir de agua.
De esta forma, han descubierto que la superficie de los chips, subproducto de la industria del mecanizado de metales, tiene una textura con pequeños escalones y ranuras a nivel de nanoescala. Estas texturas pueden anclar átomos de platino o cobalto, lo que da como resultado un electrocatalizador eficiente que puede dividir el agua en hidrógeno y oxígeno. La investigación ha sido publicada en el Journal of Material Chemistry A de la Royal Society of Chemistry.
El hidrógeno es un combustible limpio que se puede utilizar para generar calor o impulsar vehículos, y el único subproducto de su combustión es el vapor de agua. Sin embargo, la mayoría de los métodos de producción de hidrógeno dependen de materias primas de combustibles fósiles. La electrólisis del agua es una de las rutas verdes más prometedoras para la producción de hidrógeno, ya que solo requiere agua y electricidad.
La industria se enfrenta a un desafío con la electrólisis del agua, ya que este proceso requiere elementos raros y costosos, como el platino, para catalizar la división del agua. Con un suministro global limitado y el aumento de los precios de los metales preciosos, existe una necesidad urgente de materiales electrocatalizadores alternativos para producir hidrógeno a partir del agua.
El Dr. Jesum Alves Fernandes, de la Facultad de Química de la Universidad de Nottingham, que dirigió el equipo de investigación, explica en un comunicado: “Sólo las industrias del Reino Unido generan millones de toneladas de residuos metálicos al año. Utilizando un microscopio electrónico de barrido, pudimos inspeccionar las superficies aparentemente lisas de chips de acero inoxidable, titanio o aleaciones de níquel”.
“Para nuestro asombro, descubrimos que las superficies tenían surcos y crestas de sólo decenas de nanómetros de ancho. Nos dimos cuenta de que esta superficie nanotexturizada podría presentar una oportunidad única para fabricar electrocatalizadores”, afirma.
Los investigadores utilizaron pulverización catódica con magnetrón para crear una “lluvia” de átomos de platino en la superficie de los chips. Estos átomos de platino luego se unen entre sí formando nanopartículas que encajan perfectamente en las ranuras a nanoescala.
Por su parte, el Dr. Madasamy Thangamuthu, investigador postdoctoral de la Universidad de Nottingham y responsable de analizar la estructura y la actividad electrocatalítica de los nuevos materiales, afirma: “Es destacable que seamos capaces de producir hidrógeno a partir de agua utilizando sólo una décima parte del cantidad de carga de platino en comparación con los catalizadores comerciales de última generación”.
“Al distribuir solo 28 microgramos del metal precioso en 1 cm de chip, pudimos crear un electrolizador a escala de laboratorio que funciona con una eficiencia del 100% y produce 0,5 litros de gas hidrógeno por minuto a partir de una sola pieza de chip”, añade .
El grupo se está asociando con AqSorption Ltd, una empresa con sede en Nottingham que se especializa en el diseño y fabricación de electrolizadores para ampliar su tecnología. El profesor Andrei Khlobystov, de la Facultad de Química de la Universidad de Nottingham, añade: “Los electrocatalizadores fabricados a partir de chips tienen potencial para tener un gran impacto en la economía”.
“Nuestra tecnología única desarrollada en Nottingham, que implica el crecimiento átomo por átomo de partículas de platino en superficies nanotexturadas, ha resuelto dos desafíos importantes. En primer lugar, permite la producción de hidrógeno verde utilizando la menor cantidad de metales preciosos posible y, en segundo lugar, recicla residuos metálicos de la industria aeroespacial, todo en un solo proceso”, afirma.
