La UAL contribuye al desarrollo de un nuevo catalizador eficiente de hidrógeno como recurso de energía limpia

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El profesor Pascual Oña Burgos lidera una investigación realizada a cuatro bandas, uniendo fuerzas la Universidad de Almería y las de Sevilla y Valencia, esta además con su Instituto de Tecnología Química, y la revista referente mundial ‘Journal of the American Chemical Society’ lo publica por la importancia que su aportación tiene para la humanidad.

El modelo energético actual se caracteriza por un crecimiento constante del consumo energético, basado en recursos finitos, principalmente combustibles fósiles. Es por ello que la búsqueda de fuentes de energía alternativas enmarcadas en un modelo sostenible se ha convertido en un reto de presente y de futuro. En ese contexto, el hidrógeno como combustible ofrece una solución limpia y eficiente que podría resolver muchos de los problemas derivados del sistema actual, pero para que esto sea real, se necesita solventar diversos problemas, cuestión sobre la que trabajan importantes grupos de investigación internacionales. Soluciones es lo que ha aportado el profesor de la Universidad de Almería y científico del CIAIMBITAL de la UAL, Pascual Oña, y los demás firmantes de un artículo del que se ha hecho eco la prestigiosa revista ‘Journal of the American Chemical Society’, entre ellos el Premio Príncipe de Asturias Avelino Corma. Juntos han desarrollado un nuevo catalizador basado en una red metal-orgánica (MOF) de cobalto, robusto, de gran estabilidad química a lo largo del tiempo y, sobre todo, de bajo coste para abordar la etapa limitante de la producción de hidrógeno a partir de agua.

El profesor Oña Burgos ha liderado un trabajo conjunto en el que también han participado Silvia Gutiérrez, José Luis Olloqui, Juan José Calvente, Guillermo Mínguez y Fernando Rey. En cuanto a entidades, ha supuesto la colaboración de las universidades de Almería, Sevilla y Valencia, más el Instituto de Tecnología Química, creado por el propio Avelino Corma, un Centro Mixto entre la UVP y el CSIC en el que también colabora Pascual Oña. El artículo publicado se titula ‘Cobalt Metal–Organic Framework Based on Layered Double Nanosheets for Enhanced Electrocatalytic Water Oxidation in Neutral Media’ y la revista que lo ha sacado a la luz es referente a mundial en todas las áreas de la química. Para poder consultarlo íntegramente se puede acceder al contenido a través de su identificador digital, que es https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c08882.

La gran aportación que han logrado hacer estos científicos es que su catalizador es capaz de sacar provecho a las ventajas que se le atribuyen al hidrógeno, y que son que presenta una elevada densidad energética y que no emite gases de efecto invernadero, a lo que se suma que genera únicamente agua como subproducto. En este trabajo está basado en materiales laminares, con estructura bien definida, y presenta una elevada actividad electrocatalítica en la reacción de oxidación del agua a pH neutro. Con ello, se da respuesta a los inconvenientes que presenta el uso del hidrógeno para su implantación en la sociedad actual. En primer lugar, este gas no se encuentra de modo natural en la corteza terrestre y se produce en procesos no sostenibles a partir de sustancias fósiles, que suponen la generación adicional de dióxido de carbono. Su producción a través de vías medioambientalmente sostenibles, a día de hoy, no es económicamente competitiva. Además, es un gas altamente inflamable que, por lo tanto, presenta dificultad para su almacenamiento. Así, para la implementación del hidrógeno como combustible debería poder generarse en el momento del uso.

En este sentido, grupos de investigación punteros en ámbito mundial trabajan en el desarrollo de catalizadores para llevar a cabo la división del agua (water splitting) en sus elementos constituyentes, hidrógeno y oxígeno, siendo la fotosíntesis de las plantas la principal fuente de inspiración. El uso de catalizadores reduciría el sobrecoste energético asociado a esta reacción, y queda claro para todos que la complejidad de los procesos involucrados en la transformación y la importancia del objetivo de fondo hacen de este uno de los grandes retos de la ciencia actual. Para que este proceso sea viable económicamente, es necesario el desarrollo de catalizadores de bajo coste, basados principalmente en metales abundantes en la corteza terrestre, como hierro, cobalto o níquel.

A esto se debe sumar que, debido a la intrínsecamente alta barrera tanto termodinámica como cinética para la reacción de oxidación del agua, la mayoría de los electrocatalizadores reportados basados en metales de transición operan en medios fuertemente alcalinos, lo que implica a su vez condiciones altamente corrosivas para su aplicación a gran escala. Dicho todo ello, por tanto, un desafío importante para toda la comunidad científica que trabaja en esta cuestión es el desarrollo de nuevos catalizadores de bajo coste que logren una eficiente oxidación electrocatalítica del agua a pH neutro. Eso es justo lo que estos investigadores encabezados por Pascual Oña Burgos se han encargado de conseguir a través de un estudio que abre vías de futuro.