Nuevo catalizador de platino mejora pilas de hidrógeno para centros de datos
Un catalizador que podría cambiar las reglas del juego para las pilas de hidrógeno
El crecimiento acelerado de los centros de datos en Estados Unidos está disparando la demanda eléctrica hasta niveles que preocupan a operadores de red y reguladores. Según estimaciones del Instituto de Investigación de Energía Eléctrica (EPRI), estas infraestructuras podrían llegar a consumir hasta el 9% de toda la electricidad generada en el país en 2030, frente al 4% registrado en 2023. Ante este escenario, un equipo internacional de investigadores ha presentado un avance científico que podría abrir la puerta a que las pilas de combustible de hidrógeno se conviertan en una alternativa realista para suministrar energía a estas instalaciones de forma autónoma, sin depender por completo de la red eléctrica.
El estudio, liderado por Gang Wu, profesor de la Universidad de Washington en San Luis (Estados Unidos), se publicó el pasado 6 de agosto en la revista Nature Nanotechnology. En la investigación han participado también equipos del Laboratorio Nacional de Brookhaven, el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, la Universidad Northeastern y la Universidad de Pittsburgh.
El platino, catalizador clave pero costoso
Las pilas de combustible generan electricidad, agua y calor combinando hidrógeno y oxígeno, un proceso que requiere de un catalizador para acelerar la reacción y mejorar tanto el rendimiento como la durabilidad del sistema. El platino es, hoy por hoy, el catalizador más eficaz para esta tarea, pero se trata de un metal precioso escaso y caro, lo que obliga a los científicos a buscar fórmulas que reduzcan al máximo su uso sin sacrificar prestaciones.
Una de las estrategias más habituales consiste en transformar el platino en nanopartículas, lo que multiplica su superficie de contacto y permite emplear cantidades mínimas, normalmente por debajo de un cuarto de miligramo por centímetro cuadrado. El problema es que estas nanopartículas tienden a disolverse, desplazarse y aumentar de tamaño durante el funcionamiento de la pila, lo que provoca una pérdida progresiva de eficiencia.
Los catalizadores intermetálicos de platino —combinaciones ordenadas de platino con otros metales, como el cobalto— habían mostrado resultados prometedores en cuanto a actividad y estabilidad. Sin embargo, su fabricación planteaba un dilema técnico: para lograr una estructura intermetálica bien ordenada se necesitan temperaturas de recocido superiores a los 700°C, pero a esas temperaturas las nanopartículas tienden a agruparse y perder su dispersión uniforme, reduciendo su eficacia.
Un nuevo soporte de carbono resuelve el dilema
El equipo de Wu ha logrado superar esta limitación mediante el diseño de un novedoso material de carbono nanoestructurado, formado por esferas huecas y porosas con nanocanales radiales ordenados y una amplia superficie interna. Esta estructura permite alojar nanopartículas intermetálicas de platino-cobalto de forma muy densa y homogénea, posibilitando que se forme la estructura intermetálica deseada incluso a temperaturas superiores a los 1.000°C, sin que las partículas pierdan su tamaño reducido ni su dispersión uniforme.
“Tradicionalmente, existía una disyuntiva entre tamaño y estabilidad, pero con la matriz de nanocanales de carbono ordenados, las nanopartículas de platino-cobalto pueden confinarse y mantenerse estables con un tamaño de partícula muy pequeño incluso a altas temperaturas”, explicó Gang Wu.
Según los datos recogidos en el artículo científico original, el catalizador resultante alcanzó una fase intermetálica ordenada superior al 80% con partículas de menos de 5 nanómetros, incluso con un contenido de platino del 40% en peso. En pruebas de conjunto de electrodos de membrana, el material logró una densidad de corriente de 2,12 A/cm² a 0,70 V en condiciones simuladas de vehículo pesado, y conservó el 82,5% de su rendimiento tras un exigente test acelerado de 150.000 ciclos de voltaje.
Aplicaciones más allá del transporte pesado
Aunque el estudio original se centra en aplicaciones de transporte de vehículos pesados, los propios investigadores apuntan a que esta tecnología podría trasladarse a otros usos, como el suministro energético de centros de datos. “Si un centro de datos es capaz de autoabastecerse de electricidad mediante una pila de combustible, convertiría directamente el hidrógeno y otros combustibles en electricidad, reduciendo así la carga sobre la red eléctrica”, señaló Wu.
Este tipo de avances resultan especialmente relevantes en un contexto donde la demanda energética de la digitalización choca con la necesidad de descarbonizar el sistema eléctrico. Reducir la cantidad de platino necesaria en cada pila de combustible, sin comprometer su rendimiento ni su vida útil, es uno de los principales obstáculos para abaratar esta tecnología y facilitar su despliegue a mayor escala, tanto en movilidad como en generación distribuida de energía basada en hidrógeno renovable.
El trabajo se enmarca dentro de la investigación más amplia sobre hidrógeno verde y su potencial como vector energético limpio, un ámbito en el que España también está desarrollando proyectos de electrolizadores y aplicaciones Power-to-X vinculadas a las renovables.