Octubre 2, 2021
A partir de un método propio, científicos universitarios obtienen hidrógeno a partir de agua, el cual podría ser útil para generar combustible renovable y no contaminante, toda vez que su único residuo es vapor de agua.
Para separar el hidrógeno del vital líquido, y luego capturarlo, los expertos recurren a la fotocatálisis, una reacción fotoquímica que convierte la energía solar en energía química en la superficie de un catalizador, que es un material sólido semiconductor que acelera la velocidad de reacción.
“Estamos utilizando un proceso fotocatalítico que, además de usar un material catalítico sólido nanoestructurado, utiliza luz que proviene de una lámpara en el caso del laboratorio, pero que podría utilizar la luz del Sol”, afirmó el director del Instituto de Ciencias Aplicadas y Tecnología (ICAT) y titular de la investigación, Rodolfo Zanella Specia.
El estudio se realiza desde hace ocho años en el Grupo de Catálisis y Procesos de Superficie, perteneciente al Departamento de Micro y Nanotecnología del ICAT, y sus contribuciones han merecido la publicación de varios artículos científicos.
“Tenemos un semiconductor, básicamente un sólido como óxido de titanio, óxido de tungsteno, óxido de bismuto u óxido de zinc (o combinaciones de los mismos) y lo irradiamos con luz, lo que provoca que se separen las cargas; es decir, un electrón se mueve de la posición en la que se encuentra inicialmente (llamada carga de valencia) a otra posición (llamada de conducción), y tenemos dos cargas disponibles: una negativa, un electrón, y una carga positiva a la que se le llama hueco, las cuales pueden llevar a cabo reacciones de oxidación y de reducción. Nos interesa utilizar el electrón para poder separar el agua que está constituida de hidrógeno y oxígeno”, explicó.
En el proceso, el agua se irradia con luz, el catalizador promueve una reacción y se obtiene el hidrógeno. “Con ese producto se puede alimentar una celda de combustible que luego produce electricidad, pero eso es otra línea de investigación y no la desarrollamos en este laboratorio”, precisó Zanella Specia.
En el estudio han utilizado el óxido de titanio, el cual combinan con otros óxidos (que pueden ser de zinc, de tungsteno o de bismuto) para formar un óxido mixto al que, ya en forma nanométrica, se le agregan en la superficie minúsculas partículas de otros óxidos y nanopartículas metálicas (de oro, plata, cobre, rodio, paladio, platino, níquel o cobalto).
Al haber cargas positivas y negativas en el sólido, es fácil que se recombinen, pues se atraen y se generan partículas neutras, con lo que se pierde la oportunidad de llevar a cabo los procesos fotocatalíticos.
“Lo que nosotros hacemos para volver más eficiente al catalizador es modificarlo superficialmente con nanopartículas de metales (conductores con altas afinidades electrónicas y funciones de trabajo) para usarlas como trampas o bombas de electrones, las cuales atraen el electrón hacia sí y evitan que se recombinen con la carga positiva (hueco), y permiten que le dé tiempo a ese electrón de llegar a la superficie del fotocatalizador, reaccionar y llevar a cabo el proceso fotocalítico”.
Fotosíntesis artificial
El hidrógeno que se produce a partir del agua puede hacerse reaccionar con dióxido de carbono a través de procesos catalíticos, para generar combustibles como metano, metanol o etanol.
“A este proceso se le llama fotosíntesis artificial, pues tratamos de reproducir, de forma sencilla, la fotosíntesis de las plantas. Los compuestos que se producen en este proceso catalítico pueden utilizarse posteriormente como combustibles, con la ventaja de que no introducen dióxido de carbono adicional a la atmósfera”, señaló Zanella Specia, quien aclaró que esta segunda etapa se encuentra en proceso de desarrollo en el ICAT.
