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» » » Hacia pilas de combustible eficientes y sostenibles protegidas del oxígeno

por Dres. Wolfgang Lubitz y Wolfgang Schuhmann, 14 de agosto 2014

En el futuro, podría ser más económico y respetuoso con el medio ambiente usar hidrógeno para generar electricidad. Los científicos del Centro de Ciencias Electroquímicas (CES) de Ruhr-Universität Bochum y el Instituto Max Planck para la Conversión de Energía Química en Mülheim an der Ruhr, han encontrado una manera de utilizar biocatalizadores rentables para las pilas de combustible.

Las pilas de combustible generan electricidad mediante la conversión de hidrógeno y oxígeno en agua. Anteriormente, los científicos y los ingenieros utilizan catalizadores basados ​​en metales preciosos para este proceso. Si bien estos eran eficientes y estables, también eran caros y sólo estaban disponibles en pequeñas cantidades. El equipo de investigadores de Bochum y Mülheim han encontrado ahora una manera de proteger a las tan eficientes enzimas con un polímero, frente a las condiciones de las pilas de combustible, capaces de destruir rápidamente los biocatalizadores sin protección.

Muchas bacterias y algas andan por delante de la tecnología. Ellas usan hidrogenasas, es decir, enzimas o biocatalizadores desde elementos ampliamente disponibles, como el hierro y níquel, para generar hidrógeno, evitando completamente el uso de metales preciosos como el platino. Las hdrogenasas actúan como catalizadores no sólo para la generación de hidrógeno, sino en su absorción y producción de electrones, que luego pueden ser utilizados por las células de combustible para generar electricidad, siendo el agua el único producto de desecho. Las hidrogenasas más eficientes alcanzan los mismos ratios de conversión que el platino. "Por lo tanto, pueden ser una interesante alternativa a los metales preciosos", señaló Wolfgang Schuhmann, quien ocupa la cátedra de Química Analítica en Ruhr-Universität Bochum.

Sin embargo, hasta ahora, la tecnología no ha podido hacer uso de estas enzimas en las células de combustible. Esto se debe a que las hidrogenasas no pueden funcionan en las condiciones que prevalecen en una pila de combustible, donde el nivel de oxígeno y el alto potencial eléctrico desactivan los biocatalizadores.

Hidrogel Redox: un escudo protector para catalizadores sensibles y eficientes

El equipo del Bochum y Mülheim han desarrollado un concepto que permitirá a los catalizadores sensibles funcionar en las células de combustible. Básicamente, se trata de proteger el catalizador con una matriz protectora, cuyas propiedades se han adaptado de tal manera que el material suprime los procesos de desactivación.

En lugar de mantener la hidrogenasa directamente en contacto con el electrodo, incorporan un catalizador sensible en un hidrogel redox. Esto sirve tanto de amortiguador redox como desechador de oxígeno, y significa que, ni un alto potencial ni el oxígeno tengan un impacto en el biocatalizador de la película de hidrogel. Bajo ciertas condiciones de funcionamiento, la pila de combustible ha sido modificada con el hidrogel para convertir la energía química del hidrógeno en energía eléctrica durante varias semanas. Sin el hidrogel, la hidrogenasa se ​​destruye rápidamente.

"El concepto de hidrogel abre la posibilidad de utilizar otros catalizadores de sensibilidad biológica y artificial en las pilas de combustible, cuya estabilidad intrínseca no puede mejorarse", afirma Wolfgang Lubitz, Director del Max Planck Institute for Chemical Energy Conversion in Mülheim an der Ruhr. "Esto representa un gran paso adelante y hacia el diseño mejorado de la pila de biocombustible y hacia una industria de energía sostenible en nuestra sociedad."

Este proyecto fue apoyado por la German Research Foundation (DFG) en el marco del Cluster of Excellence RESOLV (EXC 1069).


- Imagen: El hidrogel redox, desarrollado por investigadores de Bochum y Mülheim, actúa como un escudo protector para una hidrogenasa. Evitando así que el sensible biocatalizador pueda ser dañado por el oxígeno. ©Ruhr-Universität Bochum / MPI for Chemical Energy Conversion in Mülheim
- Contacto:  Prof. Dr. Dr. h.c. Wolfgang Lubitz. Instituto Max Planck de Química de Conversión de Energía, Mülheim an der Ruhr. Y  Prof. Dr. Wolfgang Schuhmann, Ruhr-Universität Bochum.
- Artículo : “A protecting umbrella against oxygen”
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