La necesidad de encontrar una alternativa sostenible a los combustibles que producen CO2 es acuciante, y una de las opciones es recurrir al hidrógeno generado por la separación del agua, la reacción en la que el agua se descompone en oxígeno e hidrógeno. Ahora, investigadores del Institut de Recerca Química de Catalunya pueden haber encontrado la clave para acercarnos a esta economía del hidrógeno de una manera inesperada.
En un artículo publicado en Nature Energy, científicos del ICIQ describen cómo, por primera vez, se ha utilizado un imán para mejorar directamente la producción de hidrógeno en agua alcalina dividida por electrólisis. "La simplicidad del descubrimiento abre nuevas oportunidades para implementar la mejora magnética en la división del agua. Además, el bajo costo de la tecnología la hace apta para aplicaciones industriales", explica Felipe A. Garcés-Pineda, primer autor del artículo.
La investigación muestra cómo la presencia de un campo magnético externo e inducido al acercar un imán de neodimio al electrolizador estimula la actividad electrocatalítica en el ánodo, en algunos casos, duplicando la producción de hidrógeno. Los científicos indican que el campo magnético afecta directamente a la vía de reacción al permitir la conservación del espín del catalizador activo, lo que a su vez favorece la alineación de espín paralelo de los átomos de oxígeno durante la reacción.
Esta polarización de espín general, debido al campo magnético externo, mejora la eficiencia del proceso. "Esto demuestra que hay mucho que aprender de los mecanismos de reacción íntima que tienen lugar en los electrocatalizadores y abre nuevas vías para superar las limitaciones de los sistemas de última generación", afirma Núria López, coautora del artículo publicado en Nature Energy.
El mejor catalizador
Los investigadores estudiaron una variedad de catalizadores en condiciones de trabajo idénticas y reportaron que la mejora de la actividad catalítica es proporcional a la naturaleza magnética de los catalizadores usados para conducir la reacción de división de agua. Así comprobaron que la ferrita altamente magnética NiZnFe4Ox exhibía el mayor efecto de mejora cuando se presentaba con un campo magnético. Esta ferrita también tiene la ventaja de poder fijarse magnéticamente a un soporte metálico de níquel, lo que reduce la necesidad de utilizar aglutinantes para fijar los catalizadores a un soporte físico.
Al frente del proyecto del centro catalán está José Ramón Galán-Mascarós, que participa en CREATE y A-LEAF, dos proyectos de ámbito europeo dedicados a reducir los costes de producción de hidrógeno y otros combustibles limpios. Ambos consorcios europeos están trabajando para desarrollar plataformas para producir combustibles renovables sin emplear materias primas críticas.
Para el científico, encontrar soluciones tecnológicas que eviten el uso de metales nobles, como el platino o el iridio, es el verdadero desafío. También es un requisito para hacer viable el ciclo de energía del hidrógeno: dado que los metales nobles son caros y extremadamente escasos, su uso limita la ampliación de las tecnologías para la producción en masa. En lugar de ello, los científicos están buscando alternativas abundantes en tierra, capaces de ofrecer un muy buen rendimiento en condiciones alcalinas, y permiten una escala económicamente viable.
Pero queda trabajo por delante, y no solo se trata de investigación científica: "El reto de hacer que los combustibles sostenibles estén ampliamente disponibles requiere de un esfuerzo multidisciplinar y, en última instancia, de colaboraciones internacionales", concluye Galán Mascarós.
