Un apagón en el laboratorio desvela cómo mejorar la producción de hidrógeno

Para producir hidrógeno como combustible es necesario previamente partir la molécula de agua (H2O) en sus dos componentes básicos para separar de ella el hidrógeno. Se trata del proceso conocido como electrólisis, que ahora podría ser mucho más eficiente y barato tras un descubrimiento realizado por investigadores de Singapur, gracias a un imprevisto tan cotidiano como un apagón de luz en su laboratorio.

Un equipo de investigadores de la Universidad Nacional de Singapur (NUS) ha realizado, de forma totalmente fortuita, un descubrimiento científico que podría revolucionar la forma en que se descomponen las moléculas de agua para producir gas hidrógeno, un elemento crucial para muchos procesos industriales y que está llamado a ser el combustible del futuro.

El equipo, dirigido por el profesor asociado Xue Jun Min, el Dr. Wang Xiaopeng y el Dr. Vincent Lee Wee Siang, de la NUS, descubrió que la luz puede desencadenar un nuevo proceso en un material catalítico utilizado ampliamente en la electrólisis del agua, mediante el cual el agua se descompone en hidrógeno y en oxígeno. El resultado de dicho proceso es un método más eficiente energéticamente para obtener hidrógeno.

"Hemos descubierto que el centro redox para la reacción electrocatalítica cambia entre metal y oxígeno cuando es activado por la luz", explicó el profesor asociado Xue. "Esto mejora en gran medida la eficiencia de la electrólisis del agua".

El nuevo hallazgo puede abrir vías más efectivos y eficientes para producir hidrógeno y poner esta fuente de combustible limpio al alcance de más personas e industrias.

Un hallazgo accidental

En circunstancias normales, es posible que Xue Jun y su equipo no hubieran realizado este descubrimiento tan prometedor. Como sucede a veces en la ciencia, fue un imprevisto lo que propició este hallazgo. Al encenderse accidentalmente las luces del techo de su laboratorio hace casi tres años, los investigadores pudieron observar algo que era desconocido para la comunidad científica.

Las luces del techo en el laboratorio de investigación donde trabajaba este equipo de científicos generalmente estaban encendidas durante las 24 horas del día. Pero una noche de 2019 las luces se apagaron debido a un corte de energía. Cuando los investigadores regresaron al día siguiente, encontraron que el rendimiento de un material a base de oxihidróxido de níquel en el experimento de electrólisis del agua, que había continuado desarrollándose en la oscuridad, había disminuido drásticamente.

"Nadie había notado antes esta caída en el rendimiento, porque nadie antes había hecho este experimento en la oscuridad", indicó Jun. "Además, la literatura científica dice que dicho material no debería ser sensible a la luz; es decir, la luz no debería tener ningún efecto sobre sus propiedades". Sin embargo, tal y como se vio, no es así.

El mecanismo electrocatalítico en la electrólisis del agua es un tema bien conocido y el material a base de níquel es un material catalítico muy común. Por lo tanto, para confirmar que realmente habían descubierto algo importante y nuevo, Jun y su equipo se embarcaron en numerosos experimentos realizados de forma reiterada para asegurarse de que sus hallazgos fueran consistentes.

Después de tres años, han podido compartir sus hallazgos públicamente en un artículo que ha sido publicado en la revista Nature.

Próximos pasos

Tras este descubrimiento, el equipo trabaja ahora en el diseño de una nueva forma de mejorar los procesos industriales para generar hidrógeno. Xue Jun sugiere hacer que las células que contienen agua sean transparentes, de tal modo que pueda introducirse luz en el proceso de división del agua.

"Esto debería requerir menos energía en el proceso de electrólisis, y debería ser mucho más fácil con la luz natural", afirmó el profesor. "Se puede producir más hidrógeno en menos tiempo, consumiendo menos energía".

Este elemento de la naturaleza tiene muchas aplicaciones industriales, a menudo desconocidas por el público. Por ejemplo, las empresas de alimentos utilizan gas de hidrógeno para convertir los aceites y grasas insaturados en saturados, lo que nos da la margarina y la mantequilla. El hidrógeno también se usa para soldar metales, ya que puede generar una temperatura alta de 4.000 grados C. Y la industria del petróleo usa el gas para eliminar el contenido de azufre del petróleo.

Además, el hidrógeno se puede utilizar potencialmente como combustible. Considerado desde hace tiempo como un combustible sostenible, no produce emisiones, pues no necesita ser quemado, lo que lo convierte en una fuente de combustible más limpia y ecológica, especialmente si se genera mediante energías renovables. También es más fácil de almacenar, lo que lo hace más confiable que las baterías que funcionan con energía solar.

"Solo a través de la acumulación de nuevos conocimientos podremos mejorar la sociedad progresivamente", declaró Jun, satisfecho por su hallazgo.

Artículo de referencia: https://www.nature.com/articles/s41586-022-05296-7

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