Burbujas de hidrógeno formadas a través de la reacción de división del agua. / ICIQ

Los niveles atmosféricos de CO₂ se han disparado y cada vez es más urgente encontrar alternativas sostenibles a los combustibles que lo producen. Una de las fuentes energéticas más prometedoras para el medio ambiente es elhidrógeno generado a través de la división del agua, reacción en la que se produce oxígeno e hidrógeno. Ahora, gracias a investigadores del Instituto Catalán de Investigación Química (ICIQ) esta economía del hidrógeno está más cerca.

En un artículo publicado en Nature Energy, científicos de los grupos Galán-Mascarós y López de ICIQ describen cómo, por primera vez, se ha utilizado un imán para mejorar directamente la producción de hidrógeno durante la división de agua mediante electrólisis en medio alcalino. “La simplicidad del descubrimiento abre nuevas oportunidades para implementar mejoras magnéticas en la división del agua. Además, el bajo coste de la tecnología la hace adecuada para aplicaciones industriales”, explica Felipe A. Garcés-Pineda, primer autor del artículo.

Tirón magnético

La investigación muestra como la presencia de un campo magnético externo, inducido al acercar un imán de neodimio al electrolizador, estimula la actividad electrocatalítica en el ánodo que, en algunos casos, llega a duplicar la producción de hidrógeno.

Los científicos informan que el campo magnético afecta directamente al mecanismo de reacción al permitir la conservación de espín del catalizador activo, lo que a su vez favorece la alineación de spin paralela de los átomos de oxígeno durante la reacción. Esta polarización general del espín, debida al campo magnético externo, mejora la eficiencia del proceso.

«Esto demuestra que hay mucho que aprender de los mecanismos íntimos de reacción que tienen lugar en los electrocatalizadores y abre nuevas formas de superar las limitaciones en los sistemas más modernos», afirma Núria López, líder de grupo en ICIQ y coautora del manuscrito.

Los investigadores estudiaron múltiples catalizadores en idénticas condiciones de trabajo e informan que la mejora de la actividad catalítica es proporcional a la naturaleza magnética de los catalizadores utilizados para impulsar la reacción de división del agua. Además, estos catalizadores utilizan elementos abundantes y evitan el uso de elementos críticos

En concreto, NiZnFe₄Ox, una ferrita altamente magnética, exhibió el mayor incremento catalítico al aplicar un campo magnético. Esta ferrita también posee la ventaja de poder unirse magnéticamente a un soporte metálico de níquel, lo que evita la necesidad de usar sustancias que adhieran los catalizadores a su soporte físico.

Gran ciencia para grandes problemas

“El desafío de una economía del hidrógeno no solo es científico”, explica José Ramón Galán-Mascarós, líder de grupo en ICIQ y coautor del manuscrito. Galán-Mascarós participa en CREATE y A-LEAF, dos proyectos europeos dedicados a reducir los costes de producción de hidrógeno y otros combustibles limpios. Ambos consorcios europeos trabajan para desarrollar plataformas que produzcan combustibles renovables sin emplear materias primas críticas.

Para Galán-Mascarós, encontrar soluciones tecnológicas que eviten el uso de metales nobles, como platino o iridio, es el verdadero desafío. También es un requisito para que el ciclo energético del hidrógeno sea viable, ya que los metales nobles son caros y extremadamente escasos y, por tanto, su uso limita la expansión de este tipo de tecnologías para la producción en masa. De esta manera, los científicos buscan elementos alternativos abundantes, que en este momento pueden ofrecer un rendimiento óptimo en condiciones alcalinas, y permiten un escalado industrial viable económicamente.

“Después de décadas de investigación científica, el problema se mantiene y es lo suficientemente grande como para no esperar soluciones fáciles. El desafío de hacer llegar al público combustibles sostenibles requiere de un esfuerzo multidisciplinario y, en última instancia, de colaboraciones internacionales”, concluye Galán-Mascarós.