Publicación en 'Science' de un trabajo impulsado por una Beca Leonardo en Ciencias Básicas
Francisco Pelayo García de Arquer lidera un hito para avanzar hacia la producción de hidrógeno verde
Un equipo de investigadores del Instituto de Ciencias Fotónicas (ICFO) liderado por Francisco Pelayo García de Arquer –beneficiario de una Beca Leonardo 2022 en Ciencias Básicas– ha logrado un importante hito para la producción sostenible de hidrógeno verde. El hallazgo, publicado en la revista Science, supone un paso muy significativo para el desarrollo de combustibles verdes en el contexto actual del cambio climático provocado por la emisión de CO2 y otros gases de efecto invernadero.
28 noviembre, 2024
“El hidrógeno se posiciona como una alternativa sostenible a los combustibles fósiles”, afirma García de Arquer, “pero para lograrlo necesitamos tecnologías limpias que nos permitan producirlo a gran escala”.
En la actualidad, la mayor parte del hidrógeno que se produce proviene del metano, un combustible fósil que conduce a importantes emisiones de dióxido de carbono. Por tanto, la producción de hidrógeno verde requiere alternativas a este proceso que sean aplicables a escala industrial.
Una de las tecnologías más prometedoras en este campo es la llamada electrólisis de agua, que consiste en descomponer la molécula del H2O para obtener hidrógeno y oxígeno. Este proceso requiere agentes catalizadores – generalmente metales – que aceleran la “rotura” del agua para producir los dos gases de los que se compone.
“El problema”, explica García de Arquer, “es que hasta ahora, los catalizadores más eficientes que conocemos para la electrólisis del agua se basan en metales muy raros y extremadamente caros, como el platino y el iridio. De hecho, el iridio es el metal más escaso del planeta, ya que la mayor parte proviene del meteorito que se cree que acabó con los dinosaurios, así que hay muy poca disponibilidad y el coste es elevadísimo, casi 180.000 euros por kilogramo. Por lo tanto, no es factible para lograr una producción de hidrógeno a gran escala”.
Ahora, sin embargo, el equipo del ICFO encabezado por este investigador de la Red Leonardo ha logrado un avance que puede resultar clave para la generación de hidrógeno verde a partir de la electrólisis del agua. “En el artículo publicado en Science demostramos la eficiencia de una alternativa al iridio, basado en el óxido de cobalto, un material mucho más abundante y barato, que podría ser aplicada para producir hidrógeno a escala industrial”, asegura.
Primer paso hacia la aplicación industrial de un nuevo catalizador
Para obtener el nuevo catalizador, el equipo liderado por García de Arquer examinó un óxido de cobalto concreto: el óxido de cobalto-tungsteno (CoWO4). A partir de este material de partida, diseñaron un proceso de delaminación con varias capas que el investigador compara con una lasaña: “Quitamos parte del óxido en un proceso en el que atrapamos agua en la estructura cristalina del material. Esta agua actuó como una especie de pegamento que protegía el material del entorno electroquímico de esta reacción, un entorno que normalmente disuelve el metal. De esta manera, logramos estabilizar el material y todo el proceso funcionó de manera eficiente”.
El equipo del ICFO ha visto tal potencial en la técnica que ya han solicitado una patente, con el objetivo de ampliarla a niveles de producción industrial. Sin embargo, también son conscientes de que dar este paso no será sencillo, como admite García de Arquer: “El cobalto, aun siendo más abundante que el iridio, sigue siendo un material problemático que proviene fundamentalmente de países africanos. Por eso estamos trabajando en alternativas basadas en manganeso, níquel y muchos otros materiales. Repasaremos toda la tabla periódica, si es necesario. Y vamos a explorar y probar con ellos esta nueva estrategia para diseñar catalizadores como el que hemos comprobado en nuestro estudio”.
El investigador, que en 2021 fue galardonado con el Premio RSEF-Fundación BBVA en la categoría de Investigador Joven en Física Experimental, define el proyecto de su Beca Leonardo como “la semilla que dio lugar a este trabajo”, ya que fue el paso fundamental que le permitió “desarrollar una plataforma para poder analizar materiales de una manera más rápida para la producción de hidrógeno verde”.
Para García de Arquer, el nuevo hito logrado en este campo, que podría resultar clave para abordar el reto de encontrar combustibles verdes en el contexto de crisis ambiental, demuestra una vez más la importancia de apoyar la investigación básica. “El primer paso para desarrollar una nueva tecnología es siempre apostar por la ciencia fundamental. Sin nuevos descubrimientos, no tendríamos la base para desarrollar soluciones innovadoras para los desafíos a los que nos enfrentamos”.