Se puede dividir un núcleo atómico para producir energía, pero ¿se puede también dividir el agua para crear un combustible de hidrógeno respetuoso con el medio ambiente? Actualmente, hacerlo tiene dos inconvenientes: Requiere mucho tiempo y energía.
Pero ahora, investigadores de la Universidad Ben-Gurion del Néguev, en Beersheba, y del Instituto Tecnológico Technion-Israel, en Haifa, han tomado un camino diferente. El profesor de física medioambiental de la BGU, Arik Yochelis, y el profesor de ciencias de los materiales del Technion, Avner Rothschild, creen haber identificado nuevas vías que acelerarían el proceso catalítico que, según creen, reducirá considerablemente los costes de energía eléctrica invertidos.
Su proceso de división está asistido por la energía solar, lo que se conoce científicamente con el término de fotoelectroquímica, y reduce la cantidad de energía eléctrica invertida necesaria para romper los enlaces químicos de la molécula de agua y generar hidrógeno y oxígeno. La evolución del oxígeno -el proceso de generación de oxígeno molecular (O2) mediante una reacción química, normalmente a partir del agua- requiere la transferencia de cuatro electrones para crear una molécula de oxígeno y, a continuación, la adición de dos moléculas de hidrógeno para hacer agua.
La evolución del oxígeno a partir del agua se lleva a cabo mediante la fotosíntesis oxigénica, que implica la electrólisis del agua y la descomposición térmica de varios óxidos. Este proceso biológico favorece la vida aeróbica. Cuando se requiere oxígeno relativamente puro a nivel industrial, éste se aísla mediante la destilación del aire licuado.
Según el modelo actual, esos electrones se mueven uno tras otro en una secuencia de cuatro pasos en un sitio de reacción atómica que dificulta energéticamente la reacción química.
Un cambio de paradigma en el combustible de hidrógeno verde
Sin embargo, Yochelis y Rothschild demostraron -tanto teórica como experimentalmente- un nuevo paradigma en el que dos electrones pueden transferirse simultáneamente en diferentes sitios de reacción, reduciendo las barreras energéticas para la evolución del oxígeno. En un principio, los experimentos no se ajustaban al paradigma existente, por lo que se propusieron encontrar una técnica diferente.
Sus hallazgos se publicaron en la revista más importante del campo de la sostenibilidad, Energy & Environmental Science, con el título “Parallel water photo-oxidation reaction pathways in hematite photoanodes: implications for solar fuel production”. El estudio contó con el apoyo del Ministerio de Ciencia y Tecnología y fue realizado en gran parte por el estudiante de doctorado Anton Tsyganok (Technion) y el becario postdoctoral Dr. Paulino Monroy-Castillero (BGU).
“Nuestra investigación cambia el entendimiento común dentro de la comunidad científica sobre el mecanismo catalítico de la evolución del oxígeno, una reacción central e importante que representa un cuello de botella en la producción de hidrógeno a partir del agua”, dijo Rothschild, que es miembro de la facultad del departamento de ciencia e ingeniería de materiales del Technion.
“Combinando conocimientos y experiencia de dos campos diferentes, demostramos que la reacción catalítica es más complicada de lo que la gente cree”, dijo. “Esperamos que esta nueva comprensión conduzca a otros avances en el desarrollo de materiales y a nuevos procesos para crear combustibles limpios a partir de recursos renovables, con el fin de facilitar la transición a la red cero”.
Yochelis, miembro del profesorado de los Institutos Jacob Blaustein de Investigación del Desierto de la BGU en Sde Boker, dijo: “Más allá de la contribución científica de la investigación, es importante destacar la importancia del enfoque multidisciplinar y las colaboraciones cuando se trata de sistemas complejos como el energético. Sin una comunicación abierta y constructiva entre dos investigadores con enfoques diferentes, esto no habría ocurrido. [Esta colaboración siempre aportará soluciones creativas a los problemas más complejos”.
