En la narrativa actual del cambio climático, polución, y recursos decrecientes, 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 planta de energía eléctrica, El combustible de hidrógeno produce solo agua, lo que lo hace mucho más limpio que nuestros combustibles fósiles actuales. Sin producción de gases tóxicos, ninguna 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 peligros potenciales de explosión durante el almacenamiento y transporte. Segundo, aunque el hidrógeno puro se produce de forma natural en la Tierra, no se encuentra en cantidades suficientes para una utilización rentable. Los átomos de hidrógeno deben extraerse de moléculas como el metano o el agua, que requiere una gran cantidad de energía. Aunque existen varias técnicas para producir combustible de hidrógeno, Los científicos todavía tienen que hacer que este proceso sea lo suficientemente "eficiente" para hacer del hidrógeno un combustible comercialmente competitivo en el mercado energético. Hasta que esto se logre, Los combustibles fósiles probablemente seguirán dominando la industria.

Por décadas, los científicos han estado trabajando para lograr un eficiente, y forma segura de producir combustible de hidrógeno. Uno de los métodos más prometedores para lograrlo es a través de procesos impulsados ​​por energía solar, usar luz para acelerar (o "catalizar") la reacción para dividir las moléculas de agua en oxígeno e hidrógeno gaseoso. En los 1970s, 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, buscó utilizar un más barato, catalizador semiconductor más fácilmente disponible para esta reacción, con la esperanza de aumentar aún más su eficiencia, reducir los costos de producción y la seguridad del combustible de hidrógeno. Su estudio publicado en Química:una revista europea indica que, mediante el uso de una forma de óxido llamada α-FeOOH, La producción de hidrógeno bajo la irradiación con lámpara de Hg-Xe puede ser 25 veces mayor que la del catalizador de dióxido de titanio bajo la misma luz.

El experimento realizado por el profesor Katsumata y sus colegas tenía como objetivo abordar los desafíos comunes encontrados en el uso de catalizadores semiconductores en la producción de hidrógeno impulsada por la energía solar. Hay tres obstáculos principales descritos por los autores. La primera es la necesidad de que el material catalizador sea adecuado para el uso de energía luminosa. La segunda es que la mayoría de los fotocatalizadores que se utilizan actualmente requieren metales raros o "nobles" como cocatalizadores. que son costosos y difíciles de obtener. El último problema surge de la producción real de gases de hidrógeno y oxígeno. Si no se separa de inmediato, la mezcla de estos dos gases puede, en el mejor de los casos, reducir la salida de combustible de hidrógeno, y en el peor de los casos provocar una explosión. Por lo tanto, tenían como objetivo encontrar una solución que no solo pudiera aumentar la eficiencia de la reacción, pero también evita con éxito que el hidrógeno y el oxígeno se vuelvan a acoplar y creen 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 con este catalizador, "afirma el profesor Katsumata, "porque no se sabe que la mayoría de los óxidos de hierro se reduzcan a hidrógeno. Posteriormente, Buscamos la condición para activar α-FeOOH y encontramos que el oxígeno era un factor indispensable, que fue la segunda sorpresa porque muchos estudios demostraron 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', mostrando que α-FeOOH era 25 veces más activo que el catalizador de dióxido de titanio utilizado en investigaciones anteriores, 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 la α-FeOOH inducida por la luz aún no ha sido revelada. 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 un producto limpio, ¡Fuente de energía de cero emisiones que será fundamental para las sociedades sostenibles del futuro!