Un equipo de investigadores del Tecnológico de Monterrey desarrolló una nanotecnología que podría reducir los costos de producción de hidrógeno verde al sustituir metales preciosos utilizados actualmente en los procesos de electrólisis por materiales más abundantes y de menor costo.
La investigación, liderada por Jorge Cholula, junto con Marcelo Videa y Faiz Sultan, de la Escuela de Ingeniería y Ciencias del Tecnológico de Monterrey, se enfoca en el desarrollo de electrocatalizadores basados en ferrita de cobalto para mejorar la eficiencia de la producción de hidrógeno verde.
El hidrógeno verde es considerado una de las alternativas con mayor potencial para la descarbonización industrial debido a que, al utilizarse como combustible, genera únicamente vapor de agua. Sin embargo, su producción mediante electrólisis continúa enfrentando desafíos relacionados con el consumo energético y los costos de los materiales utilizados para acelerar las reacciones químicas.
Actualmente, la industria emplea metales como el iridio y el rutenio para favorecer la denominada Reacción de Evolución de Oxígeno (OER), considerada uno de los procesos más complejos dentro de la electrólisis del agua. La propuesta de los investigadores consiste en reemplazar estos materiales por ferritas tipo espinela basadas en hierro y cobalto, compuestos que presentan propiedades electrónicas y de estabilidad adecuadas para aplicaciones electroquímicas.
“El verdadero reto de la sostenibilidad no es solo descubrir la tecnología limpia en el laboratorio, sino hacerla económicamente viable para que pueda implementarse en el mundo real. Al controlar el tamaño de las nanopartículas mediante microemulsiones, logramos que la ferrita de cobalto superara las expectativas de eficiencia. Estamos creando las bases para que el hidrógeno verde deje de ser un proyecto a futuro y se convierta en una realidad industrial accesible”, señaló Jorge Cholula, profesor-investigador de la Escuela de Ingeniería y Ciencias del Tecnológico de Monterrey.
Nanopartículas de ferrita de cobalto mejoran la eficiencia de la electrólisis
Para desarrollar los nuevos materiales, el equipo utilizó una técnica de microemulsión bicontinua desarrollada por la Dra. Margarita Sánchez, del Centro de Investigación en Materiales Avanzados (CIMAV). Este método permitió fabricar nanopartículas con tamaños uniformes, optimizando su desempeño como electrocatalizadores.
Las pruebas realizadas mostraron que la ferrita de cobalto presentó ventajas en tres indicadores clave para la producción de hidrógeno verde. Entre ellos destacó un menor sobrepotencial, lo que implica una reducción en la energía adicional requerida para iniciar la reacción química y, por lo tanto, una disminución en el consumo eléctrico del proceso.
Asimismo, el material registró una baja pendiente de Tafel, indicador asociado con una respuesta más rápida de la reacción electroquímica ante el suministro de energía, favoreciendo mayores velocidades de producción.
Los investigadores también identificaron una elevada cantidad de sitios activos en la superficie de las nanopartículas, además de una resistencia relativamente baja al flujo de electrones, factores que contribuyen a mejorar la eficiencia general del sistema.
Hidrógeno verde con potencial para manufactura, transporte y aviación
Otro de los resultados obtenidos fue la estabilidad del material durante pruebas prolongadas de operación, manteniendo su desempeño sin degradaciones significativas, una característica considerada indispensable para aplicaciones industriales a gran escala.
De acuerdo con los investigadores, este avance podría contribuir a reducir una de las principales barreras para la adopción masiva del hidrógeno verde: su costo de producción.
La investigación plantea que una mayor viabilidad económica permitiría acelerar el uso de esta fuente energética en sectores de difícil descarbonización, como el transporte pesado, la aviación, la manufactura y otras actividades industriales con altas emisiones de carbono.
El proyecto también se alinea con los Objetivos de Desarrollo Sostenible de las Naciones Unidas relacionados con energía asequible y no contaminante, así como con las metas de acción climática orientadas a reducir las emisiones globales de gases de efecto invernadero.
Los investigadores señalaron que el desarrollo de catalizadores eficientes utilizando materiales abundantes y procesos de manufactura accesibles podría abrir nuevas oportunidades para que el hidrógeno verde avance de la fase experimental hacia aplicaciones industriales de gran escala.
