Evolución de biohidrógeno mediante biocátodo de espuma de níquel modificado con óxido de grafeno intercalado con...

Área de la Ciencia:

• Ciencia de materiales
• Electroquímica
• Ciencias ambientales

Sus antecedentes:

• Los cátodos a base de platino son caros, lo que limita la escalabilidad de las celdas de electrólisis microbiana (MEC) para la producción de hidrógeno renovable (H2).
• El desarrollo de alternativas rentables y de alto rendimiento es crucial para avanzar en los sistemas de energía bioelectroquímica.

Objetivo del estudio:

• Ingenierizar un material de cátodo novedoso y no precioso para MEC que iguale el rendimiento de los catalizadores de platino.
• Evaluar la tasa de producción de hidrógeno y la eficiencia energética del cátodo desarrollado utilizando lodos residuales como materia prima.

Principales métodos:

• Fabricación de un nanocompuesto de óxido de grafeno intercalado con Fe3O4 sobre espuma de níquel 3D (Fe3O4-GO@NF).
• Caracterización electroquímica que incluye mediciones de la pendiente de Tafel y la resistencia a la transferencia de carga.
• Evaluación del rendimiento en MEC de cámara única con lodos residuales, incluida la tasa de producción de hidrógeno y la eficiencia energética.
• Análisis de la comunidad microbiana mediante secuenciación de próxima generación (NGS) de la biopelícula.

Principales resultados:

• El cátodo Fe3O4-GO@NF demostró una cinética de reacción de evolución de hidrógeno (HER) comparable a los catalizadores de platino, con una baja pendiente de Tafel (57,91 mV·dec⁻¹) y una mínima resistencia a la transferencia de carga.
• En las MEC, el cátodo logró una tasa sostenida de producción de H2 de 49,79 mL·L⁻¹·día⁻¹ y una alta eficiencia energética eléctrica (ηe) de 202 % a 0,9 V.
• El análisis NGS reveló un consorcio microbiano dominado por degradadores de polisacáridos y exoelectrógenos como especies de Geobacter, lo que indica una biocatálisis sinérgica eficaz.

Conclusiones:

• El nanocompuesto Fe3O4-GO@NF es un catalizador no precioso de alto rendimiento, rentable y duradero para MEC.
• Este desarrollo ofrece una vía viable para la producción escalable de hidrógeno renovable a partir de materiales de desecho.
• La interacción sinérgica entre el material del electrodo y la comunidad microbiana mejora la conversión de energía bioelectroquímica.