Producción más eficaz de hidrógeno "verde" con un nuevo material combinado
La reacción química para producir hidrógeno a partir del agua es varias veces más eficaz cuando se utiliza una combinación de nuevos materiales en tres capas, según investigadores de la Universidad sueca de Linköping. El hidrógeno producido a partir del agua es una prometedora fuente de energía renovable, sobre todo si se produce con luz solar.
El material puede captar eficazmente la luz solar, de modo que la energía que contiene puede utilizarse para la producción de hidrógeno mediante la reacción fotoquímica de división del agua.
Olov Planthaber/Linköping University
A partir de 2035 se prohibirá en la UE la fabricación de coches nuevos de gasolina y gasóleo. Se prevé que los motores eléctricos sean cada vez más comunes en los vehículos, pero no son adecuados para todos los tipos de transporte.
"Los turismos pueden llevar batería, pero los camiones pesados, los barcos o los aviones no pueden utilizar una batería para almacenar la energía. Para estos medios de transporte, necesitamos encontrar fuentes de energía limpias y renovables, y el hidrógeno es un buen candidato", afirma Jianwu Sun, profesor asociado de la Universidad de Linköping, que ha dirigido el estudio publicado en el Journal of the American Chemical Society.
Los investigadores de la LiU trabajan en el desarrollo de materiales que puedan utilizarse para producir hidrógeno (H2) a partir de agua (H2O) aprovechando la energía de la luz solar.
El equipo de investigación ha demostrado anteriormente que un material llamado carburo de silicio cúbico (3C-SiC) tiene propiedades beneficiosas para facilitar la reacción en la que el agua se divide en hidrógeno y oxígeno. El material puede captar eficazmente la luz solar, de modo que la energía que contiene puede utilizarse para la producción de hidrógeno mediante la reacción fotoquímica de división del agua.
En su estudio actual, los investigadores han desarrollado un nuevo material combinado. El nuevo material consta de tres capas: una capa de carburo de silicio cúbico, una capa de óxido de cobalto y un material catalizador que ayuda a dividir el agua.
"Es una estructura muy complicada, así que nuestro objetivo en este estudio ha sido entender la función de cada capa y cómo ayuda a mejorar las propiedades del material". El nuevo material es ocho veces más eficaz que el carburo de silicio cúbico puro para dividir el agua en hidrógeno", explica Jianwu Sun.
Cuando la luz solar incide en el material, se generan cargas eléctricas que se utilizan para dividir el agua. Un reto en el desarrollo de materiales para esta aplicación es evitar que las cargas positivas y negativas vuelvan a fusionarse y se neutralicen mutuamente. En su estudio, los investigadores demuestran que al combinar una capa de carburo de silicio cúbico con las otras dos capas, el material, conocido como Ni(OH)2/Co3O4/3C-SiC, es más capaz de separar las cargas, con lo que el desdoblamiento del agua resulta más eficaz.
Hoy en día se distingue entre hidrógeno "gris" y "verde". Casi todo el hidrógeno presente en el mercado es hidrógeno "gris" producido a partir de un combustible fósil llamado gas natural o gas fósil. La producción de una tonelada de hidrógeno gaseoso "gris" provoca la emisión de hasta diez toneladas de dióxido de carbono, lo que contribuye al efecto invernadero y al cambio climático. El hidrógeno "verde" se produce utilizando electricidad renovable como fuente de energía.
El objetivo a largo plazo de los investigadores del LiU es poder utilizar únicamente la energía del sol para impulsar la reacción fotoquímica que produce el hidrógeno "verde". La mayoría de los materiales que se están desarrollando actualmente tienen una eficiencia de entre el 1% y el 3%, pero para comercializar esta tecnología de hidrógeno verde el objetivo es una eficiencia del 10%. Ser capaz de impulsar completamente la reacción utilizando energía solar reduciría el coste de producir hidrógeno "verde", en comparación con la producción mediante electricidad renovable suplementaria, como se hace con la tecnología utilizada hoy en día. Jianwu Sun calcula que el equipo de investigadores tardará entre cinco y diez años en desarrollar materiales que alcancen el codiciado límite del 10%.
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Publicación original
Hui Zeng, Satoru Yoshioka, Weimin Wang, Zhongyuan Han, Ivan G. Ivanov, Hongwei Liang, Vanya Darakchieva, Jianwu Sun; "Manipulating Electron Structure through Dual-Interface Engineering of 3C-SiC Photoanode for Enhanced Solar Water Splitting"; Journal of the American Chemical Society, Volume 147, 2025-4-17
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