Las baterías de combustible de etanol podrían ser mucho más eficientes que los motores impulsados por etanol. También podrían ser mucho más prácticos que las baterías de combustible de hidrógeno, porque el etanol es más fácil de almacenar y transportar que el hidrógeno. Pero los investigadores no habían podido crear un buen catalizador para oxidar al etanol a fin de crear esas baterías de combustible.
Los catalizadores anteriores convertían al etanol en ácido acético y acetaldehído, un proceso que libera sólo un par de electrones por cada molécula de etanol, generando así, corrientes bajas. Degradar más a las moléculas de etanol para producir dióxido de carbono liberaría muchos más electrones (un total de 12 por cada molécula de etanol) y generar corrientes más altas, pero eso exige degradar el enlace fuerte entre dos átomos de carbono. Para romper el enlace, los investigadores tuvieron que aplicar voltajes altos, lo que hace que el proceso sea ineficiente: casi todo el voltaje que se produce al oxidar el etanol se usó para sustentar la reacción, reduciendo la producción de energía neta a una cantidad muy pequeña.
El catalizador nuevo, desarrollado por los investigadores del Brookhaven National Laboratory, degrada los enlaces de carbono sin necesidad de voltajes altos, liberando la cantidad suficiente de electrones para producir corrientes eléctricas 100 veces más altas que las que producen los otros catalizadores.
El paso siguiente es incorporar el catalizador a la batería de combustible, para que su rendimiento pueda compararse al de los otros catalizadores en las baterías de combustibles, dice Brian Pivovar, en científico en el Nacional Renewable Energy Laboratory en Golden, CO, que no estaba involucrado en la investigación.
En las pruebas iniciales, fuera de la batería de combustible, el catalizador produjo eficientemente corrientes de 7,5 miliamperios por centímetro cuadrado. Radoslav Adzic, el químico senior del Brookhaven National Laboratory, que dirigió el estudio, dice estar “casi seguro” de que una vez que se incorpore el catalizador a la batería de combustible, producirá corrientes eléctricas en el rango de los cientos de miliamperios por centímetro cuadrado. Pivovar dice que el cálculo le parece razonable. Este nivel de corriente, multiplicado por el voltaje anticipado que produzca la batería, ubicaría a las baterías de combustible de etanol al mismo nivel que las baterías de combustible impulsadas por metanol, produciendo la energía suficiente como para elementos electrónicos portátiles. El etanol es mejor que el metanol por varias razones: almacena más energía, es menos tóxico, y es más fácil obtenerlo de fuentes renovables. Para impulsar vehículos, y competir con el rendimiento de las baterías de combustible de hidrógeno, el catalizador y la baterías de combustible tendrían que mejorarse. Las corrientes tendrían que ser mucho mayores a 1.000 miliamperios por centímetro cuadrado, dice Andy Herring, un profesor de ingeniería química en la Colorado School of Mines, en Golden, CO.
nPara hacer el catalizador, Adzic depositó conjuntos pequeños de platino y rodio en nanopartículas de óxido de estaño. En estudios anteriores, se mostró que el rodio rompe los lazos entre los átomos de carbono, pero sólo si se lo vaporiza a temperaturas altas en un vacío súper-alto. La combinación de rodio con el óxido de estaño permitió que se quebraran los lazos en estado sólido y a temperaturas relativamente bajas para lo que se necesita para baterías de combustible. El platino juega un papel clave para producir protones y electrones derivados de átomos de hidrógeno en el etanol.
Todavía existen desafíos importantes antes de que el catalizador pueda comercializarse para las baterías de combustible de etanol. Además de enfrentar el desafío de incorporarlo a las baterías de combustible y manipularlas para que produzcan electricidad eficientemente con corrientes altas, los investigadores tendrán que hallar medios para reducir costes. El rodio es el metal precioso más costoso, es más caro que el platino, así que será necesario reemplazarlo por otro material o, se tendrán que desarrollar técnicas para reducir la cantidad de rodio que se requiere.
De todos modos, el catalizador nuevo es una mejora importante respecto de las tentativas anteriores. “Romper el lazo carbono-carbono a temperaturas bajas es un problema muy difícil”, dice Herring. “El hecho de que Adzic degrade el enlace entusiasma mucho”. Pero él agrega que, “sólo es un paso más en el sendero hacia este sueño de un batería de combustible directamente de etanol”.