La producción de hidrógeno a partir de electricidad renovable y agua es considerada por los expertos como la forma más limpia de obtener este vector energético. Sin embargo, el agua limpia es un bien valioso al que un tercio del mundo no tiene fácil acceso.
Por ello, investigadores de China han desarrollado un dispositivo capaz de producir hidrógeno directamente a partir del agua del mar. Este dispositivo, cuyo estudio ha sido publicado en la revista Nature, podría ofrecer una ruta sostenible y práctica para producir hidrógeno, según sus creadores.
«Nuestra estrategia lleva a cabo una electrólisis directa del agua de mar eficiente, flexible en tamaño y escalable de una manera similar a la división del agua dulce sin un aumento notable en el coste de operación», señala Zongping Shao, profesor de ingeniería química en la Universidad Tecnológica de Nanjing, en China.
Cómo funciona el electrolizador ‘marino’
Los electrolizadores tienen dos electrodos recubiertos de catalizador que pasan corriente a través del agua. Una membrana separa el hidrógeno y el oxígeno a medida que los gases burbujean fuera del agua en cada lado.
Sin embargo, «las impurezas en el agua de mar pueden causar reacciones secundarias y corrosión», explica Shao. En concreto, los catalizadores actuales convierten los iones cloruro presentes en el agua de mar en gas cloro en el ánodo. El cloro es un gas extremadamente reactivo y corrosivo, y puede degradar los catalizadores y electrodos, reduciendo la vida útil del dispositivo.
Otros iones presentes en el agua de mar, como el magnesio y el calcio, también reaccionan con el catalizador y forman subproductos que pueden obstruir las membranas. Además, todas estas reacciones secundarias reducen la eficiencia del electrolizador.
Una forma de solucionar este problema es eliminar las sales e impurezas del agua de mar, pero la desalinización y la purificación requieren mucha energía y son costosas. Otros investigadores han intentado recubrir los catalizadores para evitar estas reacciones secundarias, pero este enfoque ha tenido un éxito modesto y no es realmente práctico, según Shao.
También se han probado pequeños dispositivos de electrólisis alimentados por energía solar a escala de laboratorio que no tienen membranas, pero suelen necesitar bombas.
Una solución la corrosión y las reacciones secundarias
En cambio, los investigadores de la UTN rediseñaron el sistema de electrólisis de una manera que utiliza un electrodo especialmente diseñado y una membrana mejorada para evitar la corrosión y las reacciones secundarias, lo que permite la producción de hidrógeno a partir del agua del mar de manera eficiente y escalable.
«No se requiere energía adicional para garantizar la entrada de agua pura en el sistema», afirma Shao en unas declaraciones recogidas por IEEE Spectrum. El nuevo dispositivo ha demostrado ser más eficiente que los anteriores en la producción de hidrógeno a partir del agua del mar, y ha mostrado una mayor resistencia a la corrosión y las reacciones secundarias.
Además, el sistema es flexible en tamaño y también es escalable, lo que significa que podría adaptarse a diferentes contextos y necesidades. Los investigadores esperan que este avance pueda ser utilizado para producir hidrógeno de manera más eficiente y sostenible en el futuro.
Resultados del experimento
El equipo de investigadores probó una pequeña caja electrolizadora durante 133 días. En ellos, la caja produjo 386 litros de hidrógeno gaseoso por hora. Sin embargo, esta cantidad de hidrógeno sólo es suficiente para mover un vehículo eléctrico de pila de combustible a una distancia de 3,2 km.
Además, la eficiencia del electrolizador fue del 71 %, lo que significa que consumió 5 kWh de energía para producir 1 metro cúbico normal (Nm3) de hidrógeno. Aunque esto es similar a la eficiencia de muchos otros electrolizadores, no es tan alta como algunos diseños más eficientes que han emergido recientemente.
La caja también se mostró resistente al agua de mar y no presentó corrosión ni impurezas durante la prueba.
Ventajas de la producción de hidrógeno a partir del agua del mar
El hidrógeno es una fuente de energía muy valiosa porque es muy limpia al quemarse. No produce emisiones de dióxido de carbono ni otros contaminantes, lo que lo convierte en una opción atractiva para reducir la contaminación y combatir el cambio climático.
Por su parte, el agua del mar es una fuente inagotable de hidrógeno, ya que hay una gran cantidad de agua en los océanos y mares del mundo. Esto hace que la producción de hidrógeno a partir del agua del mar sea una opción atractiva para obtener este combustible de manera sostenible.
La producción de hidrógeno a partir del agua del mar podría tener un impacto muy positivo en la transición a fuentes de energía más limpias y sostenibles. Si se puede producir hidrógeno de manera eficiente y asequible a partir del agua del mar, podría reemplazar a otros combustibles fósiles como el petróleo y el gas natural, así contribuir a la reducción de emisiones de dióxido de carbono.
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