Los catalizadores aceleran las reacciones químicas, pero el platino metálico ampliamente utilizado es escaso y costoso. Investigadores de la Universidad Tecnológica de Eindhoven TU / e, junto con investigadores chinos, singapurenses y japoneses, han desarrollado una alternativa con una actividad 20 veces mayor:un catalizador con nanocajas huecas de una aleación de níquel y platino. El investigador de TU / e Emiel Hensen quiere usar este nuevo catalizador para desarrollar un electrolizador del tamaño de un refrigerador de aproximadamente 10 megavatios en el futuro. Los resultados se publicarán el 15 de noviembre en eldiario ciencia .
Para 2050, el gobierno nacional tiene como objetivo obtener casi todos los requisitos energéticos de los Países Bajos de fuentes sostenibles, como el sol o el viento. Debido a que estas fuentes de energía no están disponibles en todo momento, es importante poder almacenarla energía generada. Dada su baja densidad de energía, las baterías no son adecuadas para almacenar grandes cantidades de energía. Una mejor solución son los enlaces químicos, con el hidrógeno como la opción más obvia de gas. Usando agua, un electrolizador convierte un exceso deenergía eléctrica en hidrógeno, que puede almacenarse. En una etapa posterior, una celda de combustible hace lo contrario, convirtiendo el hidrógeno almacenado nuevamente en energía eléctrica. Ambas tecnologías requieren un catalizador para impulsar el proceso.
El catalizador que ayuda con estas conversiones es, debido a su alta actividad, hecho principalmente de platino. Pero el platino es muy costoso y relativamente escaso; un problema si queremos usar electrolizadores y pilas de combustible a gran escala. TU/ El profesor de catálisis, Emiel Hensen: "Los investigadores de China desarrollaron una aleación de platino y níquel, que reduce los costos y aumenta la actividad". Un catalizador efectivo tiene una alta actividad; convierte más moléculas de agua en hidrógeno cada segundo. Hensen continúa: "En TU / e, investigamos la influencia del níquel en los pasos clave de reacción y para este fin desarrollamos un modelo de computadora basado en imágenes de un microscopio electrónico. Con cálculos químicos cuánticos pudimos predecir la actividad de la nueva aleación, y podríamos entender por qué este nuevo catalizador es tan efectivo "
Probado con éxito en una celda de combustible
Además de la otra opción de metal, los investigadores también pudieron realizar cambios significativos en la morfología. Los átomos en el catalizador tienen que unirse con las moléculas de agua y / u oxígeno para poder convertirlos. Más sitios de uniónpor lo tanto, conducirá a una mayor actividad. Hensen: "Desea poner a disposición la mayor cantidad de superficie metálica posible. Se puede acceder a las nanojaulas huecas desarrolladas desde el exterior como desde el interior. Esto crea un área de superficie grande, permitiendo más materialreaccionar al mismo tiempo ". Además, Hensen ha demostrado con cálculos químicos cuánticos que las estructuras superficiales específicas de las nanojaulas aumentan aún más la actividad".
Después de los cálculos en el modelo de Hensen, resulta que la actividad de ambas soluciones combinadas es 20 veces mayor que la de los catalizadores de platino actuales. Los investigadores también han encontrado este resultado en pruebas experimentales en una celda de combustible ". Una crítica importante deuna gran cantidad de trabajo fundamental es que hace su trabajo en el laboratorio, pero cuando alguien lo coloca en un dispositivo real, a menudo no funciona. Hemos demostrado que estos nuevos catalizadores funcionan en una aplicación real ".El catalizador debe ser tal que pueda continuar trabajando en un automóvil o casa de hidrógeno en los años venideros. Por lo tanto, los investigadores probaron el catalizador para 50,000 'vueltas' en la celda de combustible, y vieron una disminución insignificante en la actividad.
Electrolizador en cada distrito
Las posibilidades para este nuevo catalizador son múltiples. Tanto en la forma de la celda de combustible como en la reacción inversa en un electrolizador. Por ejemplo, las celdas de combustible se usan en automóviles impulsados por hidrógeno, mientras que algunos hospitales ya tienen generadores de emergencia con hidrógenoceldas de combustible. Se puede utilizar un electrolizador, por ejemplo, en parques eólicos en el mar o incluso al lado de cada turbina eólica. El transporte de hidrógeno es mucho más barato que el transporte de electricidad.
El sueño de Hensen va más allá: "Espero que pronto podamos instalar un electrolizador en cada vecindario. Este dispositivo del tamaño de un refrigerador almacena toda la energía de los paneles solares en los techos del vecindario durante el día como hidrógeno.Los gasoductos subterráneos transportarán hidrógeno en el futuro, y la caldera de calefacción central doméstica será reemplazada por una celda de combustible, la última convertirá el hidrógeno almacenado en electricidad. Así es como podemos aprovechar al máximo el sol ".
Pero para que esto suceda, el electrolizador todavía necesita un desarrollo considerable. Junto con otros investigadores de TU / e y socios industriales de la región de Brabante, Hensen está involucrado en la puesta en marcha del instituto de energía de TU Eindhoven.El objetivo es ampliar los electrolizadores comerciales actuales a un electrolizador del tamaño de un refrigerador de aproximadamente 10 megavatios.
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Materiales proporcionados por Universidad Tecnológica de Eindhoven . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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