Si ha estado siguiendo el impulso global para reducir las emisiones de carbono en la industria pesada y el transporte, lo sabe. producción de hidrógeno verde es una nueva estrella brillante dentro Energía renovable ¿La alineación es un obstáculo? que usan esos platino electrocatalizador Puede usar una fortuna Ingrese al genio de la investigación en Universidad Estatal de Campinas– mejor conocido como Unicamp—En São Paulo, con un poco de ayuda de FEPSPTienen un nuevo grupo de secuestradores. Catalizadores diseñados con fallas que proporciona el mismo o mejor rendimiento a una fracción del costo mediante la introducción estratégica de pequeños defectos en materiales baratos. Aumentaron el rendimiento de hidrógeno en un 32 %, lo que simplemente provocó un aumento del 30 % en los defectos. De repente, el hidrógeno verde económico parecía menos una quimera y más una quimera. Investigación brasileña sobre hidrógeno realidad
No es casualidad que este avance proviniera del estado de São Paulo. Es la superpotencia de Brasil en conocimientos industriales, energía hidroeléctrica y biocombustibles. Desde su apertura en 1966 Unicamp Ha pasado de ser un centro científico local a un centro de ciencia de materiales. almacenamiento de energía y tecnología de hidrógeno, los laboratorios de la compañía son ahora un semillero para la experimentación con los materiales más ricos de la Tierra. Fue creado a través de décadas de trabajo. Comenzó con electrodos de platino-iridio en la década de 1970 y pasó a través del disulfuro de molibdeno y aleaciones a base de níquel en la década de 2010.
¿En qué medida los pequeños defectos provocan una mayor producción de hidrógeno?
Convierta los defectos en propiedades para obtener mejores catalizadores.
El corazón de esta innovación es ingeniería de defectosEn general, tallar o cortar átomos en la red cristalina de un catalizador para crear puntos más activos. En la década de 1970, los investigadores dependían de aleaciones de platino-iridio para las reacciones de evolución de oxígeno. Pero la escasez obligó al laboratorio a buscar alternativas en la década de 2010. Ahí es donde entran en juego materiales como MoS₂ e hidróxidos con capas de hierro y níquel. Unicamp El equipo llevó esta idea más allá: utilizó grabado controlado y tratamiento térmico. Comprueban la densidad de defectos como una perilla de volumen. La microscopía electrónica y la difracción de rayos X confirmaron que la red estaba distorsionada con precisión. ¿La recompensa? Transferencia de carga más rápida Reduce el potencial de sobrecarga en decenas de milivoltios. y recibió un 32% más de hidrógeno con sólo un 30% más de defectos.
Lo que es aún mejor es que no necesitas una línea de producción de ciencia ficción para lograrlo. Modificación química simple jugando con el tiempo de tallado, la temperatura o algo así. Le ayudará a ajustar esas deficiencias. Después de algunos ciclos de voltamperometría cíclica y cromatografía de gases, encontrará catalizadores que pueden entrar en contacto cara a cara con los metales más caros del grupo del platino. Para cualquiera que busque un nivel industrial. producción de hidrógeno verdeEso es un gran problema.
¿Quién está detrás de la remontada de Brasil?
Este proyecto fue creado por un equipo multidisciplinario que UnicampEs una universidad pública líder en investigación. Energía renovable y ciencia de materiales desde la década de 1960. La universidad está ubicada en el estado de São Paulo. junto con abundantes recursos hídricos, energéticos y de biocombustibles, es el caldo de cultivo perfecto para la innovación. Un grito muy fuerte se dirigió a FEPSPFundación de Investigación de São Paulo Ha comenzado a financiar iniciativas específicas de hidrógeno verde.
Los investigadores dicen que se benefician de un ecosistema que fomenta la colaboración entre químicos y científicos de materiales. e ingenieros reunidos alrededor de una estación de trabajo electroquímica conectada a un sistema de monitoreo en tiempo real. Estas configuraciones permiten ajustar sobre la marcha la densidad de defectos y el rendimiento de referencia. Aunque los rumores de fondo pueden no ser un nombre familiar, la colaboración del grupo con actores de la industria significa que estos catalizadores pronto se probarán en condiciones de fábrica del mundo real. Es un paso importante desde el banquillo hasta la fábrica.
Esto no sucede en el vacío. Construido sobre décadas de tendencias globales. Se aleja de la personalización a escala de laboratorio de MoS₂ y aleaciones de níquel. en esta nueva raza Catalizadores diseñados con fallas. hace Investigación brasileña sobre hidrógeno en el mismo mapa que los pioneros en Europa y América del Norte que experimentan con aleaciones diseñadas utilizando métodos de tensión y cambio de fase.
Efectos dominó para las energías renovables y la economía
Los catalizadores de bajo costo pueden provocar reacciones en cadena en todas partes. producción de hidrógeno verde cadena de valor Cambie metales del grupo del platino por estas alternativas defectuosas. y los costos de producción de electrolizadores podrían reducirse hasta en un 90%, según Unicamp y FEPSP Según la investigación, estos ahorros pueden aplicarse rápidamente en sectores difíciles de descarbonizar, como la siderurgia, las plantas químicas y el transporte de larga distancia.
Para Brasil, hogar de una de las redes hidroeléctricas más grandes del mundo y una creciente industria de biocombustibles, este progreso ha entrado en el manual más amplio de energía limpia. La producción local de catalizadores económicos reduce las importaciones. Promover la cadena de suministro y crear empleos de alta tecnología en el estado de São Paulo. Los inversores y los responsables de la formulación de políticas de todo el mundo están atentos a estos acontecimientos: se espera que el mercado del hidrógeno verde se multiplique por más de 100 para 2030, por lo que es importante agregar a Brasil a la lista de innovaciones.
En todo el mundo, los laboratorios europeos están refinando el MoS₂ para rivalizar con el platino. Mientras tanto, investigadores estadounidenses prueban aleaciones de níquel-hierro diseñadas bajo tensión. Pero sólo unos pocos pueden cumplir con los requisitos de bajo costo. síntesis simple y un fuerte aumento de la eficiencia al demostrar la paridad de costos a escala industrial con catalizadores de metales nobles. Unicamp El equilibrio se puede ajustar para respaldar la adopción masiva. Por supuesto, el éxito en el laboratorio es una cosa. La longevidad industrial es otra cuestión, con problemas como la degradación del catalizador, la sinterización y la contaminación. Todavía se requieren miles de horas de pruebas de estrés.
Hoja de ruta para ampliar
Gracias por muchos años de apoyo de FEPSPEl plan del equipo incluye ampliar la fórmula de lotes de miligramos a dosis de gramos. Esto es necesario antes de que cualquier planta piloto pueda continuar. También están estudiando la posibilidad de insertar estos materiales de ingeniería defectuosos en el conjunto de membrana y electrodo. Este es el corazón de un electrolizador comercial. Si todo va bien los fabricantes podrán sustituir sus tintas actuales por estas nuevas soluciones. Esto reduce tanto los costos de material como de procesamiento.
Varias empresas energéticas brasileñas han levantado la mano para probar estos catalizadores en unidades de electrólisis in situ alimentadas por almacenamiento hidroeléctrico. Estos proyectos piloto no solo miden la eficiencia. Pero también impulsará la estabilidad a largo plazo. y qué tan bien puede manejar los catalizadores fluctuantes de la energía eólica y los parques solares.
pensando en el futuro Unicamp Tiene como objetivo colaborar con los fabricantes de electrolizadores para pruebas piloto y ensayos de estrés. Enfoque: Durabilidad, rendimiento ciclista. e integración perfecta con energías renovables variables como la eólica y la solar.
Mientras tanto, el gobierno brasileño y las agencias de energía están lanzando planes de hidrógeno verde. Están interesados en aprovechar la innovación nacional en una estrategia nacional de reducción de emisiones de carbono. en esa luz ingeniería de defectos Puede convertirse en una tecnología central importante. Es una tecnología que laboratorios de todo el mundo están perfeccionando con materiales híbridos o recubrimientos inteligentes en producción.
al final del día, es un recordatorio de que a veces los fallos más pequeños pueden provocar los mayores avances. Al estar abiertos a fallas, estos investigadores han abierto una nueva vía para el hidrógeno asequible y escalable. Y para cualquiera que observe la transición a la energía limpia, está claro que el progreso suele producirse en pasos muy pequeños. Un nanómetro a la vez
Fuente: cienciadirect.com
