La producción de combustible de hidrógeno es un objetivo clave para el desarrollo de prácticas de energía sostenible, pero este proceso aún no cuenta con técnicas viables. Un equipo de científicos japoneses de la Universidad de Ciencias de Tokio, dirigido por el profesor Ken-ichi Katsumata, ha identificado unnovedosa técnica de uso de óxido y luz para acelerar la producción de hidrógeno a partir de soluciones de desechos orgánicos, un hallazgo que puede revolucionar la industria de la energía limpia.
En la narrativa de hoy sobre el cambio climático, la contaminación y la disminución de los recursos, un combustible podría cambiar las reglas del juego dentro de la industria energética: el hidrógeno. Cuando se quema en un motor de combustión o en una central eléctrica, el combustible de hidrógeno produce solo agua-haciéndolo mucho más limpio que nuestros combustibles fósiles actuales. Sin producción de gases tóxicos, sin contribución al cambio climático y sin smog, el hidrógeno puede ser la respuesta a un futuro de energía más limpia, entonces ¿por qué no se usa más ampliamente?
Hay dos razones para esto. Primero, el hidrógeno es altamente inflamable y se escapa muy fácilmente de los tanques de almacenamiento, causando riesgos potenciales de explosión durante el almacenamiento y el transporte. Segundo, aunque el hidrógeno puro ocurre naturalmente en la Tierra, no se encuentra en cantidades suficientes paraUtilización rentable. Los átomos de hidrógeno deben extraerse de moléculas como el metano o el agua, lo que requiere una gran cantidad de energía. Aunque existen varias técnicas para producir combustible de hidrógeno, los científicos aún tienen que hacer que este proceso sea lo suficientemente "eficiente" para que el hidrógeno sea comercialmentecombustible competitivo en el mercado energético. Hasta que esto se logre, los combustibles fósiles probablemente continuarán dominando la industria.
Durante décadas, los científicos han estado trabajando para lograr una forma barata, eficiente y segura de producir combustible de hidrógeno. Uno de los métodos más prometedores para lograr esto es a través de procesos impulsados por energía solar, utilizando la luz para acelerar o "catalizar"la reacción de dividir las moléculas de agua en oxígeno e hidrógeno gaseoso. En la década de 1970, dos científicos describieron el efecto Honda-Fujishima, que utiliza dióxido de titanio como fotocatalizador en la producción de hidrógeno. Sobre la base de esta investigación, un equipo de investigadores japoneses dirigido por el profesor Ken-ichi Katsumata, de la Universidad de Ciencias de Tokio, trató de utilizar un catalizador de semiconductores más barato y más fácilmente disponible para esta reacción, con la esperanza de aumentar aún más su eficiencia, reduciendo los costos de producción y la seguridad del combustible de hidrógeno. Química: una revista europea indica que, mediante el uso de una forma de óxido llamada α-FeOOH, la producción de hidrógeno bajo la irradiación de la lámpara Hg-Xe puede ser 25 veces mayor que el catalizador de dióxido de titanio bajo la misma luz.
El experimento realizado por el profesor Katsumata y sus colegas tuvo como objetivo abordar los desafíos comunes que se encuentran al usar catalizadores de semiconductores en la producción de hidrógeno impulsado por el sol. Hay tres obstáculos principales descritos por los autores. El primero es la necesidad de que el material del catalizador sea adecuado parauso de energía luminosa. El segundo es que la mayoría de los fotocatalizadores utilizados actualmente requieren metales raros o "nobles" como cocatalizadores, que son caros y difíciles de obtener. El último problema surge de la producción real de gases de hidrógeno y oxígeno. Si no se separan directamentelejos, la mezcla de estos dos gases puede, en el mejor de los casos, reducir la producción de combustible de hidrógeno y, en el peor de los casos, causar una explosión. Por lo tanto, pretendían encontrar una solución que no solo aumentara la eficiencia de la reacción, sino que también impidiera con éxito el hidrógeno y el oxígeno.volver a acoplar y crear un peligro potencial.
El equipo identificó un catalizador candidato prometedor en α-FeOOH u óxido y estableció un experimento para evaluar su eficiencia para la producción de hidrógeno y las condiciones experimentales óptimas para su activación. "Nos sorprendió mucho la generación de hidrógeno usando estecatalizador ", dice el profesor Katsumata", porque no se sabe que la mayoría de los óxidos de hierro se reducen a hidrógeno. Posteriormente, buscamos la condición para activar α-FeOOH y encontramos que el oxígeno era un factor indispensable, lo cual fue la segunda sorpresa porque muchoslos estudios mostraron que el oxígeno suprime la producción de hidrógeno al capturar los electrones excitados ". El equipo confirmó el mecanismo de producción de hidrógeno a partir de una solución de agua y metanol utilizando un método de 'cromatografía de gases-espectrometría de masas', que muestra que α-FeOOH era 25 veces más activoque el catalizador de dióxido de titanio usado en investigaciones previas, ¡apoyando la producción estable de hidrógeno durante más de 400 horas!
Se requerirá más investigación para optimizar este proceso. El profesor Katsumata explica: "La función específica del oxígeno en la activación de α-FeOOH inducida por la luz aún no se ha presentado. Por lo tanto, explorar el mecanismo es el próximo desafío". Por ahora, estos hallazgos de Katsumata y sus colegas representan nuevos avances en la producción de una fuente de energía limpia y sin emisiones que será fundamental para las sociedades sostenibles del futuro.
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Materiales proporcionado por Universidad de Ciencias de Tokio . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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