La investigación de la Universidad Estatal de Oregón sobre el diseño de catalizadores ha demostrado que el hidrógeno se puede producir de manera limpia con una eficiencia mucho mayor y a un costo menor de lo que es posible con los catalizadores actualmente disponibles comercialmente.
Un catalizador es una sustancia que aumenta la velocidad de una reacción química sin sufrir ningún cambio químico permanente.
Los hallazgos son significativos porque la producción de hidrógeno es importante para "muchos aspectos de nuestra vida, como las celdas de combustible para automóviles y la fabricación de muchas sustancias químicas útiles como el amoníaco", dijo Zhenxing Feng, una sustancia química de la OSU College of Engineeringprofesor de ingeniería que dirigió la investigación. "También se utiliza en el refinado de metales, para producir materiales artificiales como plásticos y para una variedad de otros fines".
Producir hidrógeno mediante la división del agua mediante un proceso catalítico electroquímico es más limpio y más sostenible que el método convencional de derivar hidrógeno del gas natural mediante un proceso de producción de dióxido de carbono conocido como reformado con vapor de metano, dijo Feng. Pero el costo delLa técnica más ecológica ha sido una barrera en el mercado.
Los nuevos hallazgos, que describen formas de diseñar catalizadores que pueden mejorar en gran medida la eficiencia del proceso de producción de hidrógeno limpio, se publicaron en avances científicos y JACS Au.
Al facilitar los procesos de reacción, los catalizadores a menudo experimentan cambios estructurales, dijo Feng. A veces los cambios son reversibles, otras veces irreversibles, y se cree que la reestructuración irreversible degrada la estabilidad de un catalizador, lo que lleva a una pérdida de actividad catalítica que reduce la eficiencia de la reacción.
Feng, el estudiante de doctorado de OSU Maoyu Wang y sus colaboradores estudiaron la reestructuración de los catalizadores en reacción y luego manipularon su estructura superficial y composición a escala atómica para lograr un proceso catalítico altamente eficiente para producir hidrógeno.
Una fase activa de un catalizador a base de hidróxido de iridio amorfo exhibió una eficiencia 150 veces mayor que la de su estructura de perovskita original y cerca de tres órdenes de magnitud mejor que el catalizador comercial común, el óxido de iridio.
"Encontramos al menos dos grupos de materiales que experimentan cambios irreversibles que resultaron ser catalizadores significativamente mejores para la producción de hidrógeno", dijo Feng. Esto puede ayudarnos a producir hidrógeno a $ 2 por kilogramo y eventualmente a $ 1 por kilogramo. Eso es menoscaro que el proceso contaminante en las industrias actuales y ayudará a lograr el objetivo de Estados Unidos de cero emisiones para 2030 ".
Feng señala que la Oficina de Tecnologías de Hidrógeno y Celdas de Combustible del Departamento de Energía de EE. UU. Ha establecido puntos de referencia de tecnologías que pueden producir hidrógeno limpio a $ 2 por kilogramo para 2025 y $ 1 por kilogramo para 2030 como parte del objetivo de Hydrogen Energy Earthshot de reducir el costode hidrógeno limpio en un 80%, de $ 5 a $ 1 por kilogramo, en una década.
La tecnología de electrólisis de agua para la producción de hidrógeno limpio en la que se centra el grupo de Feng utiliza electricidad de fuentes renovables para dividir el agua para producir hidrógeno limpio. Sin embargo, la eficiencia de la división del agua es baja, dijo, principalmente debido al alto sobrepotencial:la diferencia entre el potencial real y el potencial teórico de una reacción electroquímica, de una semirreacción clave en el proceso, la reacción de desprendimiento de oxígeno o REA.
"Los catalizadores son fundamentales para promover la reacción de división del agua al reducir el sobrepotencial y, por lo tanto, reducir el costo total de producción de hidrógeno", dijo Feng. "Nuestro primer estudio en JACS Au sentó las bases para nosotros, y como se demuestra en nuestroEn el artículo de Science Advances ahora podemos manipular mejor los átomos en la superficie para diseñar catalizadores con la estructura y composición deseadas ".
La Fundación Nacional de Ciencias apoyó la investigación de Feng a través del sitio de Infraestructura de Nanotecnología del Noroeste en OSU, y el Departamento de Energía también proporcionó fondos.
Colaboraron con Feng y Wang investigadores del Laboratorio Nacional Argonne, la Universidad de Texas, la Universidad de Pekín, el Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico, la Universidad del Noroeste, la Universidad de Tecnología del Sur de China, la Universidad de Cambridge, la Universidad de California, Berkeley y Singapur.Universidad Tecnológica de Nanyang.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Estatal de Oregon . Original escrito por Steve Lundeberg. Nota: el contenido puede editarse por estilo y longitud.
Referencia de la revista :
cite esta página :