¿Extracción rentable de hidrógeno del agua gracias a un cactus?

Hace más de cien años, se descubrió cómo extraer gas hidrógeno del agua. El hidrógeno es una fuente de energía limpia muy deseada que ha sido apodada “el combustible del futuro”. A pesar de aquel avance, el hidrógeno no se ha impuesto como fuente de combustible dominante. No se encontraron métodos rentables de descomponer el agua en hidrógeno y oxígeno. Debido a ello, el proceso de transformación más conocido, la electrólisis, ha venido careciendo de utilidad práctica para su uso comercial a gran escala. La energía solar ha proyectado un rayo de esperanza al respecto, pero todavía falta terreno por recorrer en esa línea de investigación y desarrollo.

Ahora, el equipo de Navid Attarzadeh y Ramana Chintalapalle, ambos del Centro de Investigación de Materiales Avanzados, adscrito a la Universidad de Texas en El Paso, Estados Unidos, ha ideado un material de bajo coste a base de níquel para ayudar a descomponer el agua de forma más barata y eficiente. La inspiración para el diseño fue un cactus del desierto.

La electrólisis es el proceso de dividir el agua en sus dos componentes mediante electricidad y un catalizador, un material que acelera una reacción química. Las técnicas actuales para descomponer el agua mediante electricidad dependen en gran medida del platino como catalizador, algo comercialmente inviable dado lo caro que es este metal.

Se necesita un catalizador que sea lo bastante viable económicamente como para que todas las naciones puedan usarlo para extraer hidrógeno y usar este como fuente de energía limpia.

Attarzadeh y sus colegas comenzaron a trabajar en posibles modos de usar al níquel como sustituto catalítico del platino, dado que es mil veces más barato que este. El níquel tiene propiedades prometedoras, pero tal cual es demasiado ineficiente como para usarlo de catalizador en la extracción de hidrógeno.

Navid Attarzadeh (izquierda) y Ramana Chintalapalle. (Foto: The University of Texas at El Paso. )

La inspiración para mejorar el níquel llegó de un cactus del género Opuntia, casualmente presente en el camino que llevaba cada día a Attarzadeh a su laboratorio. Lo que más le llamaba la atención del cactus era lo grandes que son sus hojas y sus frutos en comparación con los de otras plantas del desierto; este cactus tiene un área de superficie extraordinaria.

Fue entonces cuando Attarzadeh tuvo una idea. ¿Y si diseñaran un catalizador 3D a base de níquel con la forma del cactus? La mayor superficie podría dar cabida a más espacio para la conversión por reacción química, y, por ende, aumentar la extracción de hidrógeno, muy por encima de la extracción que el níquel tal cual puede lograr.

El equipo diseñó rápidamente la estructura a escala nanométrica, invisible para el ojo humano, y puso a prueba el material, obteniendo resultados muy buenos. Todavía hay que refinar el sistema, pero la dirección a seguir ya está clara y es solo cuestión de tiempo que la electrólisis por esta vía sea un proceso rentable para obtener hidrógeno.

Attarzadeh y sus colegas exponen los detalles técnicos de su logro en la revista académica ACS Applied Materials & Interfaces, bajo el título “Nature-Inspired Design of Nano-Architecture-Aligned Ni5P4-Ni2P/NiS Arrays for Enhanced Electrocatalytic Activity of Hydrogen Evolution Reaction (HER)”. (Fuente: NCYT de Amazings)