Tec de Monterrey desarrollan nanotecnología para la producción de hidrógeno verde
- Investigación liderada por el Tec de Monterrey desarrolla electrocatalizadores de bajo costo a base de ferrita de cobalto para reemplazar metales preciosos como el iridio en la producción de hidrógeno verde.
- Esta nanotecnología incrementa significativamente la eficiencia del proceso de electrólisis, al requerir un menor consumo de energía y lograr una reacción de alta velocidad y estabilidad.
- El avance tiene el potencial de mejorar la viabilidad económica del hidrógeno verde, facilitando que esta energía limpia pueda ser adoptada por industrias de difícil descarbonización, como el transporte y la aviación,lo que contribuiría a reducir la huella de carbono global.
Con el objetivo de liderar la búsqueda de soluciones sostenibles contra el cambio climático, un equipo de investigadores de la Escuela de Ingeniería y Ciencias del Tecnológico de Monterrey logró un avance significativo en el campo de las energías renovables al desarrollar electrocatalizadores de bajo costo para la producción eficiente de hidrógeno verde.
El estudio, liderado por el Dr. Jorge Luis Cholula Díaz y los investigadores Dr. Marcelo Videa y Dr. Faiz Sultan, fue publicado en la prestigiosa revista científica internacional ChemNanoMat (editorial Wiley). Cabe destacar que este logro consolida la posición del Dr. Cholula Díaz en la comunidad científica global, cuya publicación fue reconocida recientemente como una de las más citadas de dicha revista en 2025, lo que refleja el alto impacto y la relevancia de sus líneas de investigación en nanomateriales.
El hidrógeno verde es considerado el Santo Grial de la transición energética, ya que, al utilizarse como combustible, solo genera vapor de agua y cero emisiones contaminantes. Sin embargo, para obtenerlo se requiere separar las moléculas de agua ($H_2O$) mediante electricidad (electrólisis), un proceso donde la Reacción de Evolución de Oxígeno (OER, por sus siglas en inglés) suele ser el paso limitante porque la velocidad con la que ocurre esta reacción química es muy lenta y difícil de controlar.
Actualmente, la industria depende de metales preciosos y escasos, como el iridio o el rutenio, para acelerar este proceso. La innovación propuesta por los investigadores del equipo del Tecnológico de Monterrey radica en la sustitución de estos materiales caros por ferritas de tipo espinela.
Las ferritas son compuestos basados en hierro con una estructura cristalina específica que les confiere una excelente estabilidad y propiedades magnéticas y electrónicas ideales para la electrocatálisis, que es el proceso de usar electricidad para provocar una reacción química, pero utilizando un «ayudante» (el catalizador) que funciona como un atajo para que todo ocurra muchísimo más rápido y gastando el mínimo de energía posible.
«El verdadero reto de la sostenibilidad no es solo descubrir la tecnología limpia en el laboratorio, sino hacerla económicamente viable para que pueda implementarse en el mundo real. Al controlar el tamaño de las nanopartículas mediante microemulsiones, logramos que la ferrita de cobalto superara las expectativas de eficiencia.
«Estamos creando las bases para que el hidrógeno verde deje de ser un proyecto a futuro y se convierta en una realidad industrial accesible», señaló el Dr. Jorge Luis Cholula Díaz, profesor-investigador de la Escuela de Ingeniería y Ciencias del Tecnológico de Monterrey.
Para lograr que estos materiales económicos fueran altamente eficientes, los científicos utilizaron una técnica desarrollada por la Dra. Margarita Sánchez (CIMAV) conocida como microemulsión bicontinua, un sistema de «nanorreactores» o moldes microscópicos creados a partir de la mezcla de agua y aceite. Esto permitió fabricar nanopartículas con un tamaño altamente uniforme, maximizando sus propiedades superficiales.
Para demostrar la efectividad de estos nuevos materiales en un entorno real (utilizando un líquido alcalino similar al que usan las baterías industriales), los científicos midieron tres cosas fundamentales que prueban el éxito del experimento:
- Menos energía desperdiciada (Menor Sobrepotencial): Para que el agua empiece a romperse y liberar oxígeno, siempre se necesita un «empujón» de energía extra que suele perderse en forma de calor. Entre menor sea ese empujón (llamado sobrepotencial), más barata sale la factura de la luz. La ferrita de cobalto demostró ser la mejor opción para el ahorro, requiriendo un impulso eléctrico notablemente menor que el de la opción de níquel para alcanzar el mismo nivel de producción.
- Reacción de alta velocidad (Pendiente de Tafel): Este indicador mide qué tan rápido acelera el proceso cuando se le da más potencia al sistema. La ferrita de cobalto registró una «pendiente» baja, lo que en el mundo de la ciencia es una excelente noticia: significa que el material es sumamente sensible y acelera su producción de inmediato ante el estímulo eléctrico, como un auto deportivo que pasa de 0 a 100 km/h con solo rozar el acelerador.
- Más «ventanillas de atención» y flujo
libre (Optimización de superficie): El secreto del éxito de la ferrita de
cobalto está en su estructura microscópica, la cual ofrece dos grandes
ventajas:
- Más espacio de trabajo: Gracias a su tamaño nanométrico, cuenta con millones de «sitios activos». Es el equivalente a abrir cientos de ventanillas de atención en un banco para atender a miles de moléculas de agua al mismo tiempo.
- Tráfico eléctrico reducido: El material presenta una resistencia relativamente baja al paso de la corriente eléctrica. Esto permite que los electrones fluyan con mayor libertad.
Además, las pruebas de laboratorio confirmaron que la ferrita de cobalto es altamente estable; no se desgasta, y mantiene el mismo ritmo de trabajo pesado durante horas de uso continuo, un requisito indispensable para que esta tecnología pueda mudarse pronto del laboratorio a grandes fábricas.
Este logro científico se alinea estrechamente con la estrategia de sostenibilidad del Tecnológico de Monterrey y los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) de las Naciones Unidas, específicamente con el ODS 7 (Energía asequible y no contaminante) y el ODS 13 (Acción por el clima).
Al demostrar que es posible crear catalizadores altamente eficientes mediante procesos de manufactura química accesibles y materiales abundantes en la Tierra, la investigación sienta las bases para que industrias de difícil descarbonización —como el transporte pesado, la aviación y la manufactura global— puedan adoptar el hidrógeno verde a un costo competitivo, reduciendo drásticamente la huella de carbono global.
