El Instituto de Tecnología Química (ITQ) ha participado en un estudio internacional publicado en Nature Communications, que investiga la producción de perovskitas, materiales clave para la generación de hidrógeno verde. Este avance permite predecir el comportamiento de estos materiales, mejorando así el diseño de dispositivos eficientes para la producción de hidrógeno a partir de agua. La investigación se centra en cómo las perovskitas basadas en cobalto incorporan agua y estabilizan protones, lo cual es crucial para desarrollar tecnologías energéticas sostenibles y alineadas con los objetivos de descarbonización. Los resultados pueden impulsar nuevas tecnologías relacionadas con el hidrógeno verde, contribuyendo a una transición energética más limpia.
El Instituto de Tecnología Química (ITQ), un centro colaborativo entre el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universitat Politècnica de València (UPV), ha sido parte fundamental de un estudio internacional que se ha publicado en la renombrada revista Nature Communications. Este trabajo investiga los principios detrás de la producción de perovskitas, materiales cuya estructura interna puede ser diseñada para adquirir propiedades útiles como la captación de luz o la conducción eléctrica.
La investigación ha revelado una regla general que permite predecir el comportamiento de estos materiales, lo que podría optimizar el diseño de dispositivos altamente eficientes destinados a la producción de hidrógeno verde. Este tipo de energía, considerada no contaminante, es esencial para avanzar hacia la descarbonización industrial y facilitar la transición energética.
El estudio se centra en las perovskitas dobles basadas en cobalto, que se utilizan como electrodos en celdas cerámicas para separar agua en hidrógeno y oxígeno, un proceso clave para generar hidrógeno verde. Los investigadores del ITQ han logrado comprender cómo estos materiales incorporan agua y mantienen protones dentro de su estructura, un aspecto crucial para desarrollar tecnologías más eficientes.
A través del análisis de 45 composiciones diferentes de perovskitas y utilizando técnicas avanzadas como espectroscopía y simulaciones teóricas, el equipo ha podido observar el fenómeno complejo de hidratación a nivel atómico. Comprender cómo están organizados los átomos y su interacción con el agua es fundamental para desentrañar este proceso.
José Manuel Serra, investigador del CSIC en el ITQ y participante en este estudio, destaca que “el trabajo aporta una nueva comprensión sobre los mecanismos físico-químicos que rigen la hidratación y el transporte protónico en materiales electroquímicos avanzados”. Uno de los hallazgos más significativos es la identificación de una regla general relacionada con la estructura electrónica de ciertos elementos conocidos como lantánidos, que son vitales para determinar la capacidad del material para incorporar y estabilizar protones.
Además, se ha demostrado que la interacción con el agua no sigue un único camino; dependiendo del contexto operativo del material —como temperatura o ambiente gaseoso— puede oxidarse o incorporar hidrógeno. Estas variaciones tienen un impacto directo en su rendimiento.
Los resultados obtenidos pueden ser determinantes para el desarrollo de nuevas tecnologías centradas en el hidrógeno verde, una estrategia clave para reducir las emisiones de carbono. Este estudio proporciona información valiosa para mejorar el diseño de celdas cerámicas de protones (PCECs), dispositivos capaces tanto de generar electricidad a partir del hidrógeno como de actuar como electrolizadores más eficientes y resistentes.
María Balaguer, científica titular del CSIC en el ITQ también involucrada en esta investigación, señala: “Este enfoque combinado permite identificar qué composiciones favorecen una mayor incorporación y estabilidad de protones, esenciales para crear materiales multifuncionales destinados al almacenamiento energético y a la electrólisis del agua”. Estos avances son cruciales para construir sistemas energéticos más sostenibles alineados con los objetivos europeos sobre descarbonización y transición energética.
El proyecto ha sido llevado a cabo por un consorcio internacional liderado por SINTEF y la Universidad de Oslo (Noruega), incluyendo a instituciones como Gda?sk University of Technology (Polonia), Chalmers University of Technology (Suecia) y el Institute for Energy Technology (Noruega). La investigación está respaldada por proyectos europeos como M-ERA.NET GoPHy MiCO y FunKeyCat, financiados por entidades como el Research Council of Norway y la Agencia Estatal de Investigación de España.
El hidrógeno verde es un tipo de energía no contaminante que se produce a partir de la electrólisis del agua, utilizando electricidad obtenida de fuentes renovables.
El estudio busca analizar los fundamentos de la producción de perovskitas, materiales clave para mejorar la eficiencia en la producción de hidrógeno verde.
Se ha identificado una 'regla general' que ayuda a predecir el comportamiento de las perovskitas, lo que permitirá optimizar su diseño y mejorar su rendimiento como electrodos en celdas cerámicas.
La investigación combinó técnicas avanzadas de análisis estructural, espectroscopía, simulaciones teóricas y experimentos isotópicos para estudiar cómo los materiales incorporan agua y mantienen protones.
Estas perovskitas se utilizan como electrodos en celdas cerámicas para separar el agua en hidrógeno y oxígeno, siendo fundamentales para la producción de hidrógeno verde.
El estudio fue realizado por un consorcio internacional que incluye al Instituto de Tecnología Química (ITQ), SINTEF, Universidad de Oslo, Gda?sk University of Technology, Chalmers University of Technology y el Institute for Energy Technology.