Un proyecto Fondecyt Regular adjudicado el año 2022 exploró el desarrollo de electrocatalizadores basados en hierro como alternativa al uso de platino para la producción de hidrógeno verde, en un escenario donde la eficiencia y la independencia energética siguen siendo desafíos abiertos.
En el segundo piso de la Facultad de Química y Biología de la Usach, un laboratorio de mesones largos y pasillos amplios se extiende en silencio, sin mayores adornos, salvo algunos pósters de investigación que cuelgan de las paredes y rompen la monotonía del blanco.
Los computadores están apagados, los mesones despejados, como si todo hubiese sido limpiado hace poco. El lugar tiene una calma al parecer poco habitual, quizás propia de los primeros días del inicio del año académico, y el espacio, por su tamaño, se vuelve casi imponente. Entre el silencio, desde un rincón del laboratorio en su oficina aparece el Dr. Federico Tasca, italiano, amable y con una risa contagiosa que llena el lugar.
Por cuatro años este sitio fue el epicentro de un proyecto Fondecyt Regular llamado “Catalysts for the Oxygen Evolution Reaction in Zn-air Batteries and Green Hydrogen Production”, una investigación que se propuso desde lo microscópico aportar a uno de los grandes desafíos actuales en el ámbito de la energía sustentable: el desarrollo de hidrógeno verde.
Conocido como el combustible del futuro, el hidrógeno verde se produce a partir de la descomposición de la molécula de agua en sus componentes básicos, hidrógeno y oxígeno, un proceso que, sin embargo, no resulta tan sencillo, ya que la molécula de agua posee una alta estabilidad, que dificulta romper sus enlaces.
Ahí es donde entran los catalizadores, materiales capaces de acelerar estas reacciones y hacer más eficiente la separación del agua en sus componentes, abriendo la posibilidad de producir energía limpia de manera más viable.
“Uno de los principales problemas del hidrógeno verde son los altos costos de producción, en gran parte asociados a los catalizadores, que hoy están hechos principalmente a base de platino”, explica el Dr. Federico Tasca. “Se trata de un metal raro, incluso más caro que el oro en ciertos momentos, con disponibilidad limitada y concentrada en países como Rusia y Sudáfrica, lo que dificulta su masificación. Por eso, hoy la búsqueda apunta a desarrollar catalizadores basados en metales más abundantes, como el hierro”.
El problema no es solo el material, sino la energía que exige un proceso como este, ya que romper una molécula de agua, implica forzarla al límite, lo que requiere de un voltaje muy elevado, que cuando se presenta a grandes escalas, se complica.
En ese escenario, los catalizadores se vuelven importantes, ya que actúan como una especie de mediadores que facilitan la reacción del agua, permitiendo que se rompa con menos energía, ya que sin ellos “el proceso podría requerir más de 4 voltios y con su presencia, ese valor puede reducirse a la mitad, abriendo la posibilidad de producir hidrógeno con un gasto energético considerablemente menor”, menciona el investigador.
Ahí es donde materiales como el hierro empiezan a cobrar sentido. Y es que, aparte de ser un metal de fácil acceso, permite pensar en catalizadores más baratos y disponibles, en un contexto donde el costo de los materiales y la energía necesaria para que la reacción ocurra, siguen siendo un problema sin solución.
En esa línea, el proyecto se enfocó en el desarrollo de electrocatalizadores, basados en hierro, diseñando y sintetizando materiales capaces de cumplir este rol en condiciones reales, es decir, más que reemplazar directamente al platino, la investigación buscó entender hasta qué punto estos metales pueden acercarse a su desempeño, optimizando su comportamiento y evaluando su estabilidad en distintos entornos.
Ese trabajo, aunque ocurre a escala microscópica, dialoga con una pregunta mucho más grande que es, cómo producir energía de forma accesible en un escenario donde la dependencia energética se vuelve cada vez más difícil de sostener.
“Hoy el problema de la independencia energética es más relevante que hace algunos años. Poder producir hidrógeno de forma barata permitiría resolver gran parte de los desafíos de abastecimiento, porque puede funcionar como un vector energético, algo así como producir combustible. En ese sentido, Chile tiene una oportunidad importante, considerando su potencial en energías renovables como la solar”, señala el Dr. Federico Tasca.
Tras cuatro años de trabajo, el proyecto permitió avanzar en el desarrollo y comprensión de estos materiales, formando además un grupo capaz de diseñar, sintetizar y evaluar sus propios electrocatalizadores, algo aún poco extendido a nivel local. En ese proceso, el equipo generó más de 20 publicaciones científicas en revistas internacionales, impulsó cuatro solicitudes de patente, y formó estudiantes en áreas como síntesis de materiales, producción de hidrógeno y desarrollo de baterías, consolidando así nuevas capacidades tanto a nivel de laboratorio como de formación de capital humano.
Sin embargo, la solución definitiva que es lograr un electrocatalizador que combine eficiencia, estabilidad y bajo costo en distintas condiciones, sigue siendo un desafío. Aún no existe un material que funcione de manera óptima tanto en medios ácidos como básicos, lo que mantiene abierta una de las principales preguntas en la búsqueda de una producción de hidrógeno verdaderamente viable a gran escala.
“El hidrógeno verde puede ser empleado en baterías, en motores de combustión o como gas ciudadano, por lo tanto, es un óptimo vector energético y todavía no hemos encontrado ese catalizador que funcione bien en todos los escenarios”, reconoce Tasca. “Sigue siendo un gran desafío lograr materiales que sean eficientes, y estables en distintas condiciones”.
Más que cerrar una pregunta, la investigación abre una línea, una que avanza entre ensayo y error, pruebas, límites y ajustes, en la búsqueda de un material capaz de equilibrar eficiencia, estabilidad y costo.
Afuera, el debate sobre energía sigue creciendo, pero adentro, en este laboratorio alojado en la Usach el problema sigue en movimiento.
En medio del pasillo, sentado y apoyado en un mesón, Federico Tasca hace una pausa. Mira hacia el suelo, recorre con la vista los equipos en funcionamiento en medio del laboratorio y mientras suspira entusiasmado explicando los alcances de su proyecto, finaliza:
“Hemos dado un paso más en esta búsqueda. Hoy, poder producir hidrógeno verde en Chile tiene más sentido que nunca, no tenemos grandes reservas de gas o petróleo, por lo que avanzar hacia una mayor independencia energética es clave. El hidrógeno, tiene que ser el futuro, o puede ser uno de los futuros de Chile”.
Texto y fotografías por Camilo Araya Bernales