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Una nueva reacción electroquímica capaz de dividir moléculas de agua para producir oxígeno podría ayudar a producir combustibles alternativos para el transporte. Investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), en colaboración con otras instituciones, hicieron público este descubrimiento el 24 de febrero de 2022. Además, parte del trabajo científico también logró desarrollar un tipo de material catalizador llamado Marco Orgánico Metálico (MHOF).
El nuevo compuesto está hecho de elementos económicos y abundantes que permite a los ingenieros ajustar con precisión la estructura y composición del catalizador a las necesidades de un proceso químico particular. Después, tiene la virtud de igualar o superar el rendimiento de los catalizadores convencionales más caros del mercado actual.
Shuai Yuan, coautor del estudio, explicó a los medios que las reacciones de evolución de oxígeno son una de las catálisis más comunes a la producción electroquímica de combustibles. “Estos procesos incluyen la generación de hidrógeno como subproducto de la evolución del oxígeno donde puede ser producido y utilizado directamente como combustible“.
De acuerdo con Yuan, el catalizador MHOF también puede sustituir la fabricación de amoniaco (materia prima química para crear fertilizantes) a fin de reducir el CO2 y controlar las emisiones. “Nuestro catalizador tiene la capacidad de potencializar cualquier combustible a través de una reacción cinética lenta con el fin de promover la velocidad de reacción“, agregó.
Actualmente, los combustibles utilizan catalizadores caros y dependen de materiales escasos, por ejemplo, el óxido de iridio; encima, su producción tiene un impacto negativo al medio ambiente. Esto último ha generado gran esfuerzo por crear nuevos catalizadores y encontrar alternativas basadas en materiales abundantes en la Tierra.
Otras investigaciones han demostrado que el uso de hidróxidos metálicos, entre ellos el níquel-hierro, son muy difíciles de adaptar a los requisitos de aplicaciones específicas. Por tal motivo, el desarrollo del MHOF se convierte en un trabajo desafiante para los catalizadores debido a sus propiedades mediante la nanoestructuración de hidróxidos metálicos de una forma inigualable.
Para lograrlo, el grupo de científicos del MIT se basó en una clase relacionada de compuestos denominados Marcos Metal-Orgánicos (MOF). Estos compuestos son un tipo de estructura cristalina hecha de nodos de óxido de metal unidos entre sí por dos moléculas enlazadoras orgánicas.
Al reemplazar el óxido metálico en tales materiales con ciertos hidróxidos metálicos, el equipo descubrió que se hizo posible crear materiales sintonizables con precisión. Gracias a sus propiedades químicas, tenían la estabilidad necesaria para ser catalizadores con características potencializadoras útiles.
Tras probar el nuevo catalizador, los investigadores del MIT encontraron que el rendimiento del MHOF es equiparable al de los materiales de óxido de última generación. Por su composición de níquel y hierro, estos materiales deberían ser, al menos, 100 veces más baratos en comparación a los catalizadores actuales, pero todavía no existe un análisis económico completo.
Además, las pruebas realizadas el MHOF han sido en laboratorios a una pequeña escala; en un futuro se espera tratar de escalar el proceso a un nivel comercial, pese a que ello pueda tardar años. Sin embargo, la idea de un catalizador a base de agua podría revolucionar la industria de los energéticos y ayudar a generar combustibles limpios y libres de emisiones de CO2.