De la basura al tesoro: los investigadores convierten los residuos metálicos en catalizadores del hidrógeno

18.04.2024

Los científicos han hallado un modo de transformar los residuos metálicos en un catalizador muy eficaz para fabricar hidrógeno a partir del agua, un descubrimiento que podría hacer más sostenible la producción de hidrógeno.

University of Nottingham

Virutas metálicas de desecho utilizadas en un experimento para transformarlas en un catalizador muy eficaz para fabricar hidrógeno a partir del agua, un descubrimiento que podría hacer más sostenible la producción de hidrógeno.

Un equipo de investigadores de la Facultad de Química y la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Nottingham ha descubierto que la superficie de la viruta, un subproducto de la industria del mecanizado de metales, está texturizada con diminutos escalones y ranuras a escala nanométrica. Estas texturas pueden anclar átomos de platino o cobalto, dando lugar a un eficaz electrocatalizador capaz de dividir el agua en hidrógeno y oxígeno. La investigación se ha publicado en el Journal of Material Chemistry A de la Royal Society of Chemistry.

El hidrógeno es un combustible limpio que puede utilizarse para generar calor o propulsar 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 fósiles. La electrólisis del agua es una de las vías ecológicas más prometedoras para la producción de hidrógeno, ya que sólo requiere agua y electricidad.

La electrólisis del agua supone un reto para la industria, ya que este proceso requiere elementos raros y caros, como el platino, para catalizar la división del agua. Dada la escasez de oferta mundial y el aumento de los precios de los metales preciosos, urge encontrar 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, declaró: "Sólo las industrias del Reino Unido generan anualmente millones de toneladas de residuos metálicos. Utilizando un microscopio electrónico de barrido, pudimos inspeccionar las superficies aparentemente lisas de las virutas 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 nanotexturada podía presentar una oportunidad única para la fabricación de electrocatalizadores".

Los investigadores utilizaron el pulverizado por magnetrón para crear una "lluvia" de átomos de platino en la superficie de la viruta. A continuación, estos átomos de platino se unen en nanopartículas que encajan perfectamente en las ranuras a nanoescala.

El Dr. Madasamy Thangamuthu, investigador postdoctoral de la Universidad de Nottingham responsable del análisis de la estructura y la actividad electrocatalítica de los nuevos materiales, afirma: "Es sorprendente que seamos capaces de producir hidrógeno a partir del agua utilizando sólo una décima parte de la cantidad de carga de platino en comparación con los catalizadores comerciales más avanzados. Esparciendo tan sólo 28 microgramos del metal precioso sobre 1 cm² de viruta, hemos podido crear un electrolizador a escala de laboratorio que funciona con una eficacia del 100% y produce 0,5 litros de hidrógeno gaseoso por minuto a partir de un solo trozo de viruta."

El grupo se ha asociado con AqSorption Ltd, una empresa de Nottingham especializada en el diseño y fabricación de electrolizadores, para ampliar su tecnología. En palabras del profesor Andrei Khlobystov, de la Facultad de Química de la Universidad de Nottingham: "Los electrocatalizadores fabricados a partir de virutas tienen el potencial de tener un gran impacto en la economía. Nuestra exclusiva tecnología desarrollada en Nottingham, que consiste en el crecimiento átomo a átomo de partículas de platino sobre superficies nanotexturizadas, ha resuelto dos grandes retos. En primer lugar, permite la producción de hidrógeno ecológico utilizando la menor cantidad posible de metal precioso y, en segundo lugar, reutiliza los residuos metálicos de la industria aeroespacial, todo ello en un único proceso".

El Cluster Carbono Cero se ha creado en East Midlands para acelerar el desarrollo y la implantación de la innovación en las industrias ecológicas y la fabricación avanzada.

El profesor Tom Rodden, Vicepresidente de Investigación e Intercambio de Conocimientos de la Universidad de Nottingham, afirma: "El desarrollo de sistemas de propulsión de hidrógeno puede ser un paso importante para abordar algunos de los retos más acuciantes del mundo en materia de carbono cero, especialmente para las industrias del transporte y la fabricación. Sin embargo, el éxito de esta estrategia depende de que se produzca hidrógeno verde de forma sostenible, por ejemplo mediante la división del agua por electrólisis, y esto, a su vez, requiere avances en el diseño de materiales."

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