Investigadores de la Universidad de Rice han presentado un catalizador que permite realizar la reforma de metano con vapor (SMR, por sus siglas en inglés) sin generar emisiones, sustituyendo el calor por luz como fuente de activación de la reacción.
El hidrógeno, un combustible limpio y versátil, se perfila como un elemento clave en la transición hacia un sistema energético sostenible. Sin embargo, la producción actual de hidrógeno, en gran parte derivada de la SMR, contribuye de manera significativa a las emisiones de gases de efecto invernadero. Este nuevo catalizador propuesto por la Universidad de Rice podría cambiar esta realidad, ofreciendo una alternativa sin emisiones y con mayor eficiencia.
El catalizador, basado en cobre y rodio, emplea un diseño de antena-reactor que, al exponerse a una longitud de onda específica de luz, descompone el metano y el vapor de agua sin necesidad de calentamiento externo. Como resultado, produce hidrógeno y monóxido de carbono, este último siendo un insumo útil para la industria química y no considerado un gas de efecto invernadero.
“Este es uno de nuestros descubrimientos más impactantes hasta la fecha, ya que ofrece una alternativa mejorada al que, posiblemente, sea el proceso químico más importante para la sociedad moderna”, declaró Peter Nordlander, titular de la Cátedra Wiess y Profesor de Física y Astronomía en la Universidad de Rice. Nordlander, junto con Naomi Halas, profesora de Ingeniería Eléctrica e Informática, encabeza el equipo que ha documentado los avances de esta tecnología en la revista Nature Catalysis.
El avance en SMR se basa en un descubrimiento de 2011 en los laboratorios de Halas y Nordlander sobre plasmones, oscilaciones colectivas de electrones que, al ser inducidas por luz en nanopartículas metálicas, pueden liberar electrones de alta energía. Este fenómeno, conocido como fotocatálisis plasmónica, permite que los plasmones absorban luz de manera altamente eficiente y generen portadores de energía que impulsan reacciones químicas.
El sistema utiliza nanopartículas de cobre como antenas recolectoras de energía, a las cuales se añaden átomos de rodio como sitios reactivos. Estas partículas permiten la adhesión de moléculas de agua y metano a la superficie, aprovechando la energía de los portadores calientes para alimentar la reacción de SMR. “Probamos muchos sistemas de catalizadores, pero éste resultó ser el más efectivo”, comentó Yigao Yuan, estudiante de doctorado y primer autor del estudio.
Mayor durabilidad del catalizador
La tecnología de antena-reactor también aborda la durabilidad del catalizador, un aspecto crítico en procesos industriales. Mediante el uso de portadores calientes, el sistema permite eliminar especies de oxígeno y depósitos de carbono, regenerando el catalizador únicamente con luz. Nordlander destacó que la colocación específica del rodio en la superficie de las nanopartículas fue fundamental para lograr esta regeneración.
La SMR impulsada por luz permite además la generación de hidrógeno bajo demanda, lo cual podría beneficiar aplicaciones móviles como estaciones de combustible de hidrógeno y vehículos de transporte. Este desarrollo en fotocatálisis contribuye al avance de procesos industriales críticos y plantea un posible modelo de producción de hidrógeno en un contexto ambientalmente sostenible.
De: Cambio 22
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