Un equipo de investigadores ha desarrollado un método innovador, sostenible y económico para la producción de peróxido de hidrógeno, un compuesto químico de uso común tanto en el hogar como en diversas industrias. Este avance no solo simplifica la generación de este producto, sino que también abre nuevas posibilidades para la producción descentralizada de otros químicos.
El estudio ha sido publicado en la revista Angewandte Chemie International Edition. El peróxido de hidrógeno se utiliza como blanqueador, desinfectante y en una amplia variedad de aplicaciones industriales, que abarcan desde la producción de papel y el tratamiento de aguas, hasta la industria de la salud y la fabricación de semiconductores. Con un valor de mercado global cercano a los 4.000 millones de dólares, su demanda está en constante crecimiento.
Sin embargo, la mayoría de la producción actual de peróxido de hidrógeno se basa en un proceso químico conocido como el proceso de antraquinona, desarrollado en la década de 1940. Este método es complejo y requiere altas temperaturas y presiones, además de utilizar disolventes orgánicos y generar residuos que contribuyen a las emisiones de carbono.
Un catalizador revolucionario
Investigadores del Centro Australiano de Excelencia para la Ciencia y la Innovación del Carbono han creado un nuevo catalizador que permite la producción de peróxido de hidrógeno a partir de agua y oxígeno a temperatura y presión ambiente, lo que representa un avance significativo. Este catalizador no solo produce grupos OOH intermedios para la generación de peróxido de hidrógeno, sino que también genera rápidamente protones a partir de la hidrólisis del agua, un paso que normalmente limita la eficiencia del proceso.
La Dra. Yan Li, autora principal del estudio, destaca que la mayoría de las investigaciones previas se han centrado en una parte de la reacción, pero su enfoque integral permite una producción más eficiente. Además, este mecanismo podría aplicarse a la síntesis de otros químicos valiosos, como la conversión de residuos de nitrato en amoníaco, esencial en la producción de fertilizantes y purificación de aguas.
Este innovador catalizador, denominado NiTe2-Pd, opera en un sistema electrocatalítico de flujo que alimenta agua y oxígeno, generando peróxido de hidrógeno sin productos secundarios no deseados. Su simplicidad y bajo coste operativo facilitan la producción descentralizada, permitiendo que instalaciones como hospitales generen peróxido de hidrógeno según sus necesidades específicas, eliminando así la dependencia de transporte a larga distancia desde fábricas centralizadas.
La composición híbrida del catalizador, que incluye níquel, telurio y paladio, permite una alta selectividad del 99% y una eficiencia Faradaica del 95%, lo que significa que casi todos los electrones utilizados en el sistema contribuyen a la producción de peróxido de hidrógeno. Estas cifras son algunas de las más altas reportadas en sistemas catalíticos de peróxido de hidrógeno.
El equipo del CSI está comprometido con la investigación de materiales y tecnologías avanzadas para la generación de energía renovable y la producción de químicos limpios, con el objetivo de alcanzar emisiones netas de carbono cero. Aunque el catalizador actual es metálico, se prevé integrar un soporte de carbono poroso en 3D para mejorar su rendimiento, aumentando la superficie activa y facilitando el transporte de electrolitos.
La búsqueda de alternativas más sostenibles y económicas continúa, con la aspiración de reemplazar metales nobles costosos con opciones basadas en carbono que sean abundantes y accesibles, lo que marcaría un paso significativo hacia una industria química más sostenible.
