El grupo—formado por el científico investigador Vincent Artero, así como Alan Le Goff y Serge Palacin en el Commissariat à l'Énergie Atomique cerca de París—utilizó unos componentes basados en el níquel vinculados químicamente a nanotubos de carbono.
El platino normalmente se utiliza en el proceso de división del agua puesto que resulta un catalizados muy efectivo. “El problema del platino es que es un metal muy caro y no hay suficiente en la tierra para sustentar a una economía de hidrógeno global,” señala Artero.
Los electrodos fabricados con el nuevo catalizador serían alrededor de un 20 por ciento más baratos que los hechos de platino, afirma Artero. Dado que el platino supone casi un tercio del coste de las células de combustible, esto podría tener un impacto significativo en el precio de la tecnología de células de combustible.
Los nuevos componentes están basados en un tipo de enzima llamada hidrogenasa. Normalmente se encuentra en bacterias y algas que viven en condiciones anaeróbicas (libres de oxígeno), y estas enzimas son utilizadas por los organismos como catalizador para metabolizar el hidrógeno, señala Artero. “Utilizan exactamente el mismo proceso que las células de combustible para permanecer vivas,” afirma.
Durante los años recientes, los investigadores han mostrado un gran interés en el uso de química molecular para intentar imitar la estructura de estos catalizadores naturales. Puesto que los componentes activos de estos compuestos moleculares son tan reactivos como el platino pero realmente consisten en níquel o en hierro, su uso promete ser mucho más económico.
Hasta ahora, sin embargo, las moléculas de hidrogenasa—tales como las desarrolladas por Daniel DuBois en los Laboratorios Nacionales del Pacífico Norte en Richland, Washington—sólo han podido ser demostradas en forma de solución. Para que pudieran ser prácticas, las moléculas tendrían que estar vinculadas con un electrodo, en vez de estar flotando en un líquido.
Al modificar los componentes activos basados en níquel de estos compuestos, Artero y sus colegas descubrieron un modo de unir las moléculas a nanotubos de carbono. “Los nanotubos tienen dos ventajas—son muy buenos conductores de electrones, y tienen una gran área de superficie específica,” señala Artero. Esto significa que es posible cargar una gran cantidad de material catalizador en su superficie, afirma.
nDurante unas pruebas de las que se informó esta semana en la revista Science, el grupo mostró que este catalizador modificado era efectivo y estable a la hora de llevar a cabo la reacción de forma repetida.
“Este trabajo representa un avance significativo en la aplicación de electrocatalizadores moleculares para la producción de hidrógeno y la oxidación,” afirma DuBois. Según señala, muestra que estos catalizadores moleculares altamente reactivos pueden operar de forma eficiente bajo condiciones que podrían ser prácticas para los electrolizadores y las células de combustible. “Este es un paso importante para hacer que los catalizadores inspirados en la biología pasen de ser un concepto a ser algo práctico.”
Nate Lewis, profesor de química en Caltech, está de acuerdo con esa afirmación. “Este es un paso importante hacia el desarrollo de un sistema completo que divida el agua a partir de la luz de sol,” afirma. Sin embargo Lewis denota que el hecho de encontrar una forma de unir el catalizador a una superficie para que se puedan utilizar en un electrodo es sólo una pieza del rompecabezas.
John Tu er, miembro de investigación en ciencias de la energía del Laboratorio Nacional de Energía Renovable de Golden, Colorado, añade que “la mayor barrera para la producción de hidrógeno a partir del agua y células de combustible para el transporte no es la catálisis del hidrógeno, sino la catálisis del oxígeno.”
Los catalizadores basados en níquel ya se usan en la actualidad en electrolizadores comerciales de varios megavatios, aunque estos catalizadores son mucho menos eficientes que los de platino y, por tanto, tienen que ser de gran tamaño—normalmente de 10 metros cuadrados.
Tu er señala que la corriente producida por el catalizador de Artero es aún mucho más baja de la que se puede conseguir con el uso de platino. Artero señala que esto se puede remediar fácilmente. Afirma que los nanotubos utilizados en los experimentos de su equipo recibieron una baja carga del material catalizador. Si esto se ven incrementado, la corriente debería aumentar: “Es un hueco que podemos rellenar,” afirma.