El hidrógeno verde se puede producir mediante la tecnología de electrólisis del agua, que utiliza energía renovable para dividir el agua en hidrógeno y oxígeno sin emitir dióxido de carbono. Sin embargo, el coste de producción del hidrógeno verde ronda actualmente los 5 dólares por kilogramo, lo que es entre dos y tres veces mayor que el del hidrógeno gris obtenido a partir del gas natural.

Para el uso práctico del hidrógeno verde, se requiere innovación en la tecnología de electrólisis del agua para lograr la economía del hidrógeno, especialmente en Corea, donde la utilización de energía renovable es limitada debido a razones geográficas.

El equipo de investigación del Dr. Kyung Joong Yoon en el Centro de Investigación de Materiales Energéticos del Instituto Coreano de Ciencia y Tecnología (KIST) ha desarrollado un nanocatalizador para la electrólisis del agua a alta temperatura que puede retener una alta densidad de corriente de más de 1 A/cm. 2 durante un largo período de tiempo a temperaturas superiores a 600°. El trabajo está publicado en el Chemical Engineering Journal .

Si bien los mecanismos de degradación de los nanomateriales a altas temperaturas han sido difíciles de alcanzar hasta ahora, el equipo identificó las razones fundamentales del comportamiento anormal de los nanomateriales y resolvió los problemas con éxito, mejorando finalmente el rendimiento y la estabilidad en celdas de electrólisis de agua realistas.

La tecnología de electrólisis se puede clasificar en electrólisis de baja y alta temperatura. Si bien la electrólisis a baja temperatura que funciona a temperaturas inferiores a 100° Celsius se ha desarrollado desde hace mucho tiempo y es tecnológicamente más madura, la electrólisis a alta temperatura que opera a temperaturas por encima de 600° Celsius ofrece una mayor eficiencia y se considera una tecnología de próxima generación con un gran potencial para aumentar los costos. -abajo.

Sin embargo, su comercialización se ha visto obstaculizada por la falta de estabilidad térmica y una vida útil insuficiente debido a la degradación a alta temperatura, como la corrosión y la deformación estructural. En particular, los nanocatalizadores, que se utilizan ampliamente para mejorar el rendimiento de los electrolizadores de agua a baja temperatura, se deterioran rápidamente a altas temperaturas de funcionamiento, lo que dificulta su uso eficaz para la electrólisis del agua a alta temperatura.

Para superar esta limitación, el equipo desarrolló una nueva técnica sintética de nanocatalizadores que suprime la formación de compuestos nocivos que provocan la degradación a alta temperatura.

Al analizar sistemáticamente los fenómenos a nanoescala mediante microscopía electrónica de transmisión, los investigadores identificaron sustancias específicas que causan graves alteraciones estructurales, como el carbonato de estroncio y el óxido de cobalto, y las eliminaron con éxito para lograr nanocatalizadores altamente estables, en términos de propiedades químicas y físicas.

Cuando el equipo aplicó el nanocatalizador a una celda de electrólisis de agua a alta temperatura, duplicó con creces la tasa de producción de hidrógeno y funcionó durante más de 400 horas a 650° sin degradación. Esta técnica también se aplicó con éxito a una celda práctica de electrólisis de agua de gran superficie, lo que confirma su gran potencial para ampliación y uso comercial.

"Nuestros nanomateriales recientemente desarrollados lograron alto rendimiento y estabilidad para la tecnología de electrólisis del agua a alta temperatura, y pueden contribuir a reducir el costo de producción del hidrógeno verde, haciéndolo económicamente competitivo con el hidrógeno gris en el futuro", dijo el Dr. Kyungjoong Yoon de KIST.

"Para la comercialización, planeamos desarrollar técnicas de procesamiento automatizadas para la producción en masa en cooperación con fabricantes de células industriales".

Más información: Mi Young Park et al, Síntesis in situ de nanocatalizadores de perovskita térmicamente estables y extremadamente pequeños para dispositivos de energía electroquímica de alta temperatura, Chemical Engineering Journal (2023). DOI:10.1016/j.cej.2023.146924

Información de la revista: Revista de ingeniería química

Proporcionado por el Consejo Nacional de Investigación de Ciencia y Tecnología