El hidrógeno se considera la fuente de energía verde más prometedora, ya que solo emite oxígeno y agua. Existen diferentes métodos para producir hidrógeno gris, azul y verde. El proceso y el tipo de hidrógeno producido dependen de la fuente de energía y las emisiones de carbono. De todos ellos, la producción de hidrógeno verde es el método más ecológico, sin emisiones de CO₂. Por ello, los investigadores buscan la manera de mejorar la producción de hidrógeno verde a partir de MXenes activos.
Un equipo de investigación del Instituto Coreano de Ciencia y Tecnología (KIST), dirigido por el Dr. Albert Sung Soo Lee en colaboración con el grupo del profesor Chong Min Koo de la Universidad de Sungkyunkwan, ha desarrollado un MXene a base de molibdeno oxidativamente estable como soporte de electrocatalizador en electrolizadores de agua con membrana de intercambio aniónico.
El informe publicado recientemente destaca la estabilidad del MXene frente a condiciones oxidativas de alto voltaje . El experimento demuestra que el MXene puede utilizarse como material de electrodo para la reacción de evolución de oxígeno en la producción de hidrógeno verde, lo que además puede reducir su coste de producción.
Producción de hidrógeno verde y necesidad de MXene
Se requiere mucha energía para dividir el agua en moléculas de hidrógeno y oxígeno. Un catalizador con diminutas partículas nanométricas que proporcionan una mayor superficie para la reacción puede reducir la energía requerida por el proceso.
Sin embargo, la eficiencia de la producción de hidrógeno disminuye con el tiempo a medida que las partículas del catalizador se aglomeran. Para evitarlo, se utiliza principalmente carbono como cátodo, pero este se oxida a CO₂ durante la reacción de oxidación del ánodo.
Por lo tanto, los nanomateriales Mxene se utilizan como soportes. Al estar compuestos por átomos metálicos (Mo, Ti, Ta, Hf, etc.) y átomos de carbono o nitrógeno, presentan propiedades conductoras de la electricidad. Además, presentan una nanoestructura 2D adecuada para soportar el catalizador. Estas características los hacen favorables para la producción de hidrógeno.
En otra investigación, los investigadores de la Universidad de Texas están desarrollando combustible de hidrógeno a partir de rocas ricas en hierro.
DestacadosProducción mejorada de hidrógeno verde a partir de MXenes activos
- Los MXenos están basados en titanio y, debido a su naturaleza atómica, se oxidan fácilmente en agua. Esto provocó la desventaja inherente del catalizador: no podía mantener una alta conductividad eléctrica.
- Para superar esta limitación, el equipo desarrolló un MXene basado en carburo de molibdeno como catalizador de apoyo.
- MXene a base de molibdeno crea enlaces fuertes entre los átomos de molibdeno y los materiales activos de cobalto en la superficie.
- La producción de hidrógeno aumenta 2.45 veces debido a los enlaces químicos resultantes de la reacción.
- La durabilidad de la celda mejora 10 veces en comparación con los resultados del último MXene basado en titanio (que fue menos de 40 horas).
- El nuevo enfoque reduce el coste de producción de hidrógeno verde.
- Se aplicará en plantas de producción de hidrógeno y centrales eléctricas a gran escala.
El Dr. Albert Sung Soo Lee, del KIST, afirma: "Al controlar los elementos que componen el MXene, pudimos encontrar candidatos adecuados para entornos de producción de hidrógeno verde y, gracias a ello, conseguimos un soporte de MXene estable en un entorno oxidante".
“En el futuro, contribuiremos a la revitalización de la economía basada en el hidrógeno mediante el desarrollo de catalizadores de electrodos generadores de oxígeno con alta eficiencia catalítica y durabilidad”, añadió el Dr. Lee.
