El hidrógeno es uno de los elementos más abundantes en el planeta, sin embargo, no se encuentra en estado puro. En el agua, se encuentra junto al oxígeno, estos dos elementos deben ser separados para obtener el hidrógeno, pero se necesita agua limpia puesto que cualquier impureza afecta la producción de este.
Hasta ahora, se ha obtenido hidrógeno utilizando agua dulce, ya que reduce la pérdida del elemento por impurezas, el problema es que el agua dulce representa solo el 2.5% del agua total en la tierra y la más limpia (menos del 1%) está destinada al consumo humano.
Los océanos parecen ser la solución más viable para obtener el hidrógeno, pero hasta ahora la sal, el calcio y demás impurezas de los mares han sido el talón de Aquiles para la producción industrial de este elemento.
El hidrógeno combustible es una de las grandes apuestas para la obtención de energía en el futuro, pero hasta el momento el desarrollo de la tecnología necesaria para hacer este combustible una realidad contaba con un importante inconveniente: se necesitaba tanto hidrógeno como agua dulce hay en el mundo tan solo para cubrir las necesidades energéticas de las ciudades y el transporte de automóviles.
El ingenio chino: un electrolizador extrae con facilidad hidrógeno y litio del agua de mar
Uno de los desarrollos más significativos en este estudio es que los investigadores pudieron resolver el problema al que se enfrentan la mayoría de los electrolizadores de agua de mar tradicionales: la corrosión de sus electrodos.
Según el estudio, «la electrólisis electroquímica de agua salina que utiliza energía renovable como entrada es un método altamente deseable y sostenible para la producción en masa de hidrógeno verde». Los problemas iniciales se centran en su insuficiencia debido a los «efectos secundarios» del aprovechamiento del agua de mar. Se puede desalinizar el agua de mar y dividirla, pero no es una buena solución: la mayor parte de la energía se pierde en el proceso de desalinización, lo que encarece el precio del hidrógeno que se obtiene.
También hay muchas máquinas de electrólisis directa de agua de mar, pero la mayoría se estropean demasiado rápido para ser útiles en un sentido comercial; los iones de cloruro del complejo brebaje oceánico se convierten en un cloro gaseoso muy corrosivo en el ánodo, que corroe los electrodos y degrada los catalizadores hasta que la máquina deja de funcionar.
En un estudio publicado en Nature en noviembre de 2022, el equipo de Nanjing demostró cómo un electrolizador directo de agua de mar funcionó durante más de 3.200 horas (133 días) sin fallar. Dicen que es eficiente, escalable y funciona de forma muy parecida a un electrolizador de agua dulce «sin un aumento notable del coste de funcionamiento».
El electrolizador del equipo mantiene el agua de mar completamente separada del electrolito concentrado de hidróxido potásico y de los electrodos mediante membranas baratas, impermeables, transpirables, antibioincrustantes y a base de PTFE (politetrafluoroetileno).
Estas membranas impiden el paso del agua líquida, pero dejan pasar el vapor de agua. La diferencia de presión del vapor de agua entre el lado del agua de mar y el lado del electrolito «proporciona una fuerza motriz para la gasificación (evaporación) espontánea en el lado del agua de mar».
El océano es la mina de hidrógeno más grande de la tierra, y obtener agua del océano es una dirección importante para el desarrollo de la energía del hidrógeno en el futuro
Lo que se consigue es que el agua pura se evapore rápidamente del agua de mar sin ningún aporte extra de energía, atraviese la membrana de PTFE y sea absorbida por el electrolito en forma de líquido. Según el equipo de Nanjing, deja pasar el agua y bloquea el 100% de los demás iones que podrían dañar los electrodos o la membrana.
El equipo probó una unidad electrolizadora compacta de 11 celdas, del tamaño de un par de maletas medianas, en agua de mar de la bahía de Shenzhen. Generó unos 386 litros de hidrógeno gaseoso por hora a lo largo de los 133 días que duró la prueba, lo cual parece mucho, pero a la presión atmosférica normal, 386 litros representan sólo 31,652 gramos de hidrógeno.
Si lo ponemos en el contexto de un vehículo eléctrico de pila de combustible y suponemos que un coche recorre unos 100 km con 1 kg de hidrógeno, este dispositivo de 11 pilas generó suficiente hidrógeno por hora para recorrer unos 3,2 km. De todas formas, no es más que una pequeña unidad de pruebas.
En términos de eficiencia, el electrolizador consumió unos 5 kWh por cada metro cúbico normal (Nm3) de hidrógeno producido. Dado que el hidrógeno consume unos 3,544 kWh de energía por Nm3, este electrolizador de agua de mar funciona con una eficiencia aproximada del 71%.
Es una cifra similar a la de muchos de los electrolizadores actuales, aunque no llega al nivel de algunos diseños hipereficientes emergentes, como el de alimentación capilar de Hysata, con una eficiencia del 95%.
Las ventajas de la tecnología
El nuevo dispositivo demostró más eficacia que los anteriores, así como una mayor resistencia a la corrosión y las reacciones secundarias. La caja también se mostró resistente al agua de mar y no presentó corrosión ni impurezas.
El hidrógeno es muy limpio al quemarse, por eso es una opción atractiva para reducir la contaminación y combatir el cambio climático. El agua del mar, a su vez, es una fuente inagotable de hidrógeno, lo que permite obtener este combustible de manera sostenible.
Esta tecnología podría tener un impacto muy positivo en la transición a fuentes de energía más limpias y sostenibles, así como reemplazar a otros combustibles fósiles como el petróleo y el gas natural.
