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Un nuevo catalizador nos acerca un poco más hacia la meta de producir hidrógeno de manera barata a partir de la luz del sol sin la mediación caras células fotovoltaicas.

En presencia de luz, un sistema catalizador divide el agua. Fuente: Benjamin Yin.

Desde hace décadas se experimenta con catalizadores que permitan obtener hidrógeno a partir del agua y la luz del sol. El sistema sería muy sencillo: en presencia de luz solar el agua activada por un catalizador se dividiría, produciendo burbujas de hidrógeno y oxígeno que podrían ser utilizados como combustible o para producir electricidad. Por desgracia, pese a que algunos funcionan, no parece que sean muy eficientes o económicos. Sin embargo, con los actuales problemas de crisis energética y cambio climático, este tipo de tecnología ha recibido un nuevo impulso y empiezan a aparecer resultados nuevos y prometedores.
Uno de los resultados más recientes al respecto viene de una colaboración entre la Universidad Emory y el Instituto de Química Molecular de París. Han logrado desarrollar un nuevo catalizador de este tipo (o WOC en sus siglas en inglés) que permite la producción de oxígeno, y que sería más económico y rápido que otros desarrollados con anterioridad. El logro fue publicado en Science el pasado 11 de marzo. Algunos sistemas que se desarrollaron en el pasado permitían solamente la producción de hidrógeno, mientras que el oxígeno se combinaba con el catalizador destruyéndolo en el proceso, por lo que al cabo de un tiempo la producción de hidrógeno se detenía. Encima, algunos de estos catalizadores estaban basados en elementos caros como el platino.
Para que un catalizar WOC sea viable necesita ser selectivo, estable y rápido. Además, la homogeneidad también es deseable, ya que aumenta la eficacia y hace que el catalizador sea más fácil de estudiar y optimizar. El nuevo catalizador tiene todas estas cualidades y está basado en un elemento como el cobalto que no es muy escaso en la corteza terrestre. Potencialmente podría ayudar al desarrollo de la energía solar.
La idea de este tipo de catalizadores es imitar la fotosíntesis, que se produce de manera natural en las plantas, para producir combustibles de una manera limpia.
El próximo paso de este grupo de investigadores consistirá en la incorporación de este tipo de catalizador en un sistema de fotólisis de agua alimentado por energía solar. A largo plazo la meta es producir oxígeno e hidrógeno a partir del agua y cuya combinación en una célula de combustible produciría electricidad. El hidrógeno también podría ser utilizado como combustible en una máquina térmica o para la producción de otros combustibles. En el balance final no habría emisión de gases de efecto invernadero, obteniéndose otra vez agua como producto final.
Los desafíos técnicos principales para lograr un sistema de producción de energía de este tipo son el desarrollo de un colector de luz solar, un catalizador para producir oxígeno tipo WOC (como el recientemente conseguido) y un catalizador para producir hidrógeno. Los tres componentes necesitan ser mejorados, pero el catalizador tipo WOC es el más difícil de conseguir. El objetivo de estos investigadores era conseguir un catalizador WOC libre de estructura orgánica, debido a que los componentes orgánicos se combinan con el oxígeno y se autodestruyen en el proceso.
Las enzimas son catalizadores naturales, pero las enzimas naturales que forman parte del sistema fotosintético de las plantas son las menos estables de la Naturaleza y unas de las de más corta vida debido a que realizan la función más dura de todas.
Craig Hill, de la Universidad de Emory y participante en el proyecto, dice que han logrado duplicar este proceso natural mediante el copiado de las características esenciales de la fotosíntesis y usándolas en un sistema sintético libre de carbono. El WOC que han conseguido es mucho más estable que su correspondiente enzima natural.
Hasta ahora se han desarrollado unos 40 catalizadores de tipo WOC, pero todos ellos tenían serias limitaciones, como el contener componentes orgánicos que se oxidaban durante el proceso.
Hace dos años este mismo grupo de investigadores desarrollaron un catalizador homogéneo, rápido y libre de carbono pero que estaba basado en rutenio, que es un elemento escaso y caro. A partir de entonces han experimentos con cobalto, que es mucho más abundante (no tanto como creen los investigadores) y barato que el rutenio. Este nuevo catalizador ha demostrado incluso ser más rápido que el basado en rutenio.

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Fuentes y referencias:
Nota de prensa de Universidad de Emory.
Artículo original en Science (resumen).
Web sobre energía limpia en Universidad de Emory.