Método sostenible genera material de alta pureza para uso en la producción de hidrógeno verde

Con el objetivo de mejorar el desempeño de fotoelectrocatalizadores que actúan en la “separación” del H₂, un trabajo llevado a cabo en un centro de investigación apoyado por la FAPESP utiliza luz y glicerol para eliminar compuestos indeseados resultantes de la reacción de estos materiales con moléculas orgánicas

Agência FAPESP* – Un grupo de investigadores vinculados al Centro de Innovación en Nuevas Energías (CINE) desarrolló un método de purificación de materiales simple, económico y de bajo impacto ambiental. Con él, los científicos lograron mejorar la eficiencia de una película que puede ser utilizada en algunos procesos de generación de hidrógeno verde.

Conocido como ferrita de bismuto tipo mullita (Bi₂Fe₄O₉), el material ha sido utilizado como fotoelectrocatalizador en la generación de hidrógeno por fotoelectrooxidación, un proceso en el que moléculas de agua o derivados de la biomasa se oxidan utilizando la luz solar como fuente de energía. El papel de las películas de ferrita de bismuto en el proceso es absorber la luz e impulsar las reacciones electroquímicas que “separan” el hidrógeno de las moléculas originales (agua, glicerol, etanol, etc.).

Sin embargo, el desempeño de estos fotoelectrocatalizadores presentaba limitaciones durante la producción de hidrógeno, debido, entre otros factores, a la presencia de compuestos indeseados dentro del propio material – las llamadas fases secundarias. Ahora, la investigación de los miembros del CINE, realizada en laboratorios de la Universidad Estatal de Campinas (Unicamp), ha aportado una solución al problema: un método de purificación que logró eliminar esos compuestos no deseados.

“El proceso mejoró significativamente el rendimiento del material en la fotoelectrooxidación de moléculas orgánicas”, informa Pablo Fernández, profesor de la Unicamp y coautor del artículo que reporta el descubrimiento en la revista Electrochimica Acta.

El CINE es un Centro de Investigación en Ingeniería (CPE, por sus siglas en portugués) apoyado por FAPESP y Shell; la investigación fue realizada en el ámbito de su División de Almacenamiento Avanzado de Energía, con sede en la Unicamp – una de las cuatro divisiones de investigación que componen el centro.

“Aunque aún estamos lejos de un rendimiento adecuado para su aplicación en un sistema real, ya que varios otros aspectos necesitan ser mejorados, este es un paso importante en la producción de un material económico y sostenible, con aplicación en la generación de hidrógeno verde y en la purificación del agua [entre otras] por métodos fotoelectroquímicos”, concluye el científico.

La suerte favorece a los preparados

El estudio fue realizado durante el doctorado de Bruno Leuzinger da Silva, en el Instituto de Química de la Unicamp, bajo la orientación de la profesora Ana Flávia Nogueira, quien también es miembro del CINE y coautora del artículo. El alumno estaba evaluando el desempeño de películas de ferrita de bismuto en la oxidación de moléculas de glicerol, con el objetivo de producir hidrógeno verde, cuando observó que el material cambiaba a lo largo del tiempo.

Posteriormente, estudios detallados revelaron el motivo de esos cambios: al interactuar con el glicerol y la luz, el material se purificaba espontáneamente. Finalmente, pruebas realizadas con las películas purificadas demostraron que presentaban un mejor desempeño en la generación de hidrógeno.

A partir de este descubrimiento, el equipo formuló el método fotoelectroquímico de purificación que fue publicado en el artículo científico. En este método, el material a purificar se pone en contacto con glicerol. Al recibir luz, ocurren determinadas reacciones electroquímicas entre el material y el glicerol, y las fases secundarias desaparecen.

El método utiliza, básicamente, electricidad, luz y glicerol, que es un compuesto renovable, biodegradable, no tóxico y ampliamente disponible por ser un subproducto abundante de la producción de biodiesel.

Este descubrimiento abre posibilidades para el desarrollo de materiales de alta pureza, eficientes y de bajo costo, que pueden utilizarse para impulsar diversas reacciones fotoelectroquímicas importantes para aplicaciones como la producción sostenible de combustibles y materias primas, así como el tratamiento de efluentes.

Además del CINE, la FAPESP participó en el trabajo a través del apoyo a otros tres proyectos (20/04431-0, 21/02678-0 y 23/02929-9). La investigación también contó con financiación del Consejo Nacional de Desarrollo Científico y Tecnológico (CNPq), de la Coordinación de Perfeccionamiento de Personal de Nivel Superior (Capes), de Shell, y con el apoyo estratégico de la Agencia Nacional del Petróleo, Gas Natural y Biocombustibles (ANP).

El artículo Photoelectrochemical Bi₂Fe₄O₉ phase purification – Removing the phase Bi₂O₃ from Bi₂Fe₄O₉/Bi₂O₃ thin films puede ser leído en: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0013468625002154?via%3Dihub.

* Con informaciones del CINE