La cúrcuma, a veces llamada azafrán indio o especia dorada, es una planta alta que crece en Asia y América Central. En trocitos finos o en polvo, condimenta platillos exóticos y caseros. La cúrcuma es usada también en la medicina ayurvédica como agente curativo en afecciones digestivas, y su principal compuesto podría conducir a pilas de combustible más seguras y eficientes.
Investigadores en la India descubrieron una forma novedosa de combinar curcumina, la sustancia de la cúrcuma, y nanopartículas de oro para crear un electrodo que requiere 100 veces menos energía para convertir eficientemente el etanol en electricidad.
Científicos del Clemson Nanomaterials Institute y sus colaboradores del Sri Sathya Sai Institute of Higher Learning sostienen que el descubrimiento acerca un paso más la sustitución del hidrógeno como materia prima para las pilas de combustible.
“De todos los catalizadores para la oxidación de alcohol en medio alcalino, el que hemos preparado es el mejor hasta ahora”, dijo Apparao Rao, director fundador del CNI y profesor de física R. A. Bowen en la Facultad de Ciencias.
Las celdas de combustible generan electricidad a través de una reacción química en lugar de combustión. Se utilizan para alimentar autos, edificios, dispositivos electrónicos portátiles y sistemas de energía de respaldo.
Las pilas de combustible de hidrógeno son muy eficientes y no producen gases de efecto invernadero. Si bien el hidrógeno es el elemento químico más común en el universo, debe derivarse de sustancias como el gas natural y los combustibles fósiles. Porque solo se presenta naturalmente en la Tierra en forma compuesta con otros elementos en forma líquida, gaseosa o sólida. La extracción necesaria aumenta el costo y el impacto ambiental de las celdas de combustible de hidrógeno.
Otros usos de la cúrcuma, para pilas de combustible
El estudio abunda en detalles sobre los alcances de la investigación. Precisa que el hidrógeno utilizado en las celdas de combustible es un gas comprimido. Y crea desafíos para el almacenamiento y transporte. Por otra parte, el etanol, un alcohol hecho de maíz u otros alimentos de origen agrícola, es más seguro y más fácil de transportar que el hidrógeno.
“Para convertirlo en un producto comercial en el que podamos llenar nuestros tanques con etanol, los electrodos deben ser altamente eficientes”, dijo Lakshman Ventrapragada, exalumno de Rao que trabajó como asistente de investigación.
“Al mismo tiempo, no queremos electrodos muy caros o sustratos poliméricos sintéticos que no sean ecológicos. Queríamos buscar algo ecológico para el proceso de generación de celdas de combustible y hacer pilas de combustible. Encontramos esas propiedades en la cúrcuma”, asentó.
Los investigadores se centraron en el ánodo de la pila de combustible, donde se oxida el etanol u otra fuente de alimentación.
Las pilas de combustible utilizan ampliamente el platino como catalizador. Pero el platino sufre de envenenamiento debido a los intermedios de reacción como el monóxido de carbono, explicó Ventrapragada. Además es muy costoso.
Curcumina y nanopartículas de oro
Los investigadores utilizaron oro como catalizador. En lugar de usar polímeros conductores, marcos orgánicos de metal u otros materiales complejos para depositar el oro en la superficie del electrodo, usaron curcumina debido a su singularidad estructural.
La curcumina se emplea para decorar las nanopartículas de oro y estabilizarlas formando una red porosa. Los investigadores depositaron la nanopartícula de oro de curcumina en la superficie del electrodo a una corriente eléctrica 100 veces menor que en estudios anteriores.
Sin el recubrimiento de curcumina, las nanopartículas de oro se aglomeran, reduciendo el área de la superficie expuesta a la reacción química, dijo Ventrapragada. «Y el rendimiento es pobre. Este recubrimiento estabiliza y crea un ambiente poroso alrededor de las nanopartículas que hacen un excelente trabajo con la oxidación del alcohol”, añadió Rao.
“Hay un gran impulso en la industria para la oxidación del alcohol. Y este descubrimiento es un excelente facilitador. El siguiente paso es escalar el proceso y trabajar con un colaborador industrial que realmente pueda fabricar las celdas de combustible y construir pilas de celdas de combustible a partir de la cúrcuma”, continuó.
Pero la investigación podría tener implicaciones más amplias que las celdas de combustible mejoradas. Las propiedades únicas del electrodo podrían prestarse a futuras aplicaciones en sensores, supercondensadores y más, resaltó Ventrapragada.
“En las etapas iniciales del proyecto, no imaginamos otras aplicaciones que la curcumina recubierta de oro pudiera soportar. Sin embargo, antes del final de los experimentos de oxidación del alcohol, estábamos bastante seguros de que otras aplicaciones son posibles”, argumentó Ventrapragada. «No tenemos una comprensión completa de lo que sucede a nivel atómico. Pero sabemos con certeza que la curcumina está estabilizando las nanopartículas de oro de una manera que puede prestarse a otras aplicaciones».
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