Se podría producir hidrógeno para energía limpia a partir del agua de mar

La electrólisis del agua de mar podría producir hidrógeno sostenible sin empeorar la escasez mundial de agua dulce.

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La energía limpia es una prioridad para los países de todo el mundo. Mientras que la energía convencional se basa en combustibles fósiles como el carbón, el gas natural y el petróleo, la energía limpia se presenta en diversas formas, como la solar, la eólica, la geotérmica, la hidroeléctrica y la biomasa.

El hidrógeno también es una opción líder de almacenamiento de energía para las energías renovables y podría ayudar a reducir los altos niveles de emisiones de carbono.

La investigación actual sugiere que la electrólisis de agua salada, el proceso de dividir el agua en oxígeno e hidrógeno, es una solución viable para los desafíos comunes de la electrólisis de agua dulce. La electrólisis del agua de mar podría producir hidrógeno sostenible sin empeorar la escasez mundial de agua dulce.

Según el Centro de Datos de Combustibles Alternativos del Departamento de Energía de los Estados Unidos, el hidrógeno puro es un elemento abundante en la Tierra que muestra una gran promesa para apoyar la transición hacia una energía limpia, sostenible y renovable.

Una vez producido, el hidrógeno puede generar electricidad en una celda de combustible y solo emite vapor de agua y aire caliente. Debido a que el hidrógeno no libera gases de efecto invernadero, óxidos de nitrógeno, hidrocarburos u otras partículas, no afecta negativamente al medio ambiente.

El hidrógeno tiene otros beneficios que ayudarán a crear una economía de energía limpia. Es una solución energética óptima en áreas típicamente difíciles de descarbonizar. Aumenta la fiabilidad y la resiliencia de la red eléctrica moderna. También puede mejorar la salud pública y el estado del medio ambiente.

Además, puede aumentar el número de oportunidades de empleo y la seguridad energética en las industrias globales. Puede ayudar a la industria del transporte a ser más sostenible y respaldar el cambio a vehículos eléctricos (EV). Y puede contribuir a aumentar los ingresos y fortalecer la economía mundial.

Varios países están invirtiendo en la producción de hidrógeno verde, incluidos EE. UU., Australia, Arabia Saudita, Japón, Chile y Alemania. Además, la Unión Europea invertirá $ 430 mil millones en hidrógeno verde para 2030 para ayudar a alcanzar los objetivos descritos en el Acuerdo Verde Europeo.

Un desafío que eleva los costos asociados con la producción de hidrógeno verde es que los electrolizadores requieren agua ultrapura. Esto dificulta la electrólisis de agua salada tradicional porque muchas fuentes de agua están llenas de contaminantes.

Aunque la EPA tiene requisitos estrictos para el agua debido a la presencia de plomo, cloro y bacterias, esto no significa necesariamente que toda el agua esté libre de contaminantes.

Electrólisis de agua de mar

La investigación sobre la electrólisis del agua de mar surgió a principios del siglo XIX. Aunque los científicos lograron avances en la producción de hidrógeno, nunca ganó tracción ni se convirtió en una solución energética viable. En el siglo XX, el hidrógeno se extraía principalmente del gas natural y se usaba para impulsar automóviles, autobuses, dirigibles y cohetes.

Si bien el uso de este hidrógeno era factible, su producción requería mucha energía y contribuía a las emisiones de carbono, una de las principales causas del cambio climático. Además, algunas ciudades filtran los desechos sólidos municipales con tecnología de celdas de combustible de hidrógeno, que produce hidrógeno y evita la contaminación derivada de los desechos en los suministros de agua locales.

Varios investigadores y científicos están desarrollando tecnologías avanzadas utilizando la electrólisis del agua de mar para evitar estos desafíos. Si estas tecnologías funcionan correctamente, producirán hidrógeno sostenible sin utilizar recursos de agua dulce ni contribuir a las emisiones de carbono.

En el Centro de Superconductividad de Texas, por ejemplo, los investigadores crearon un electrocatalizador a base de níquel y hierro, que puede interactuar con el cobre y el cobalto, para realizar con éxito la electrólisis del agua de mar.

El director de la institución, Zhifeng Ren, sugiere que este electrocatalizador multimetálico puede impulsar y avanzar en el desarrollo de tecnologías de electrólisis de agua de mar. En el futuro, el proceso y la tecnología podrían reducir el costo de producción de hidrógeno a $1 por kilogramo.

Mientras tanto, Marta Cerutti, profesora de la Universidad McGill en Canadá, y algunos de sus estudiantes sugirieron recientemente que desarrollen una posible solución a uno de los principales problemas con la producción de hidrógeno a partir del agua de mar.

Cerruti y su estudiante de doctorado Yiwen Chen crearon un óxido de grafeno reducido, un andamio 3D poroso capaz de conductividad eléctrica. Después de que se probó, el óxido de grafeno mejoró el proceso de electrólisis del agua de mar al permitir solo el paso del agua y evitar la entrada de cloruro.

Otra línea de investigación la está llevando a cabo Schaeffler, un proveedor de automóviles alemán, que está trabajando con socios en los Países Bajos en un proyecto piloto para probar la extracción de hidrógeno del agua salada. La compañía entiende que la demanda de componentes específicos del automóvil disminuirá con la transición a la movilidad eléctrica.

Schaeffler y una empresa emergente con sede en los Países Bajos, Hydron BV, están desarrollando sistemas de membranas de electrólisis de polímeros (PEM). La solución utilizará el calor residual del proceso de electrólisis para destilar agua salada antes de que llegue a la tecnología de destilación por membrana.

Debido a que el hidrógeno puede desempeñar un papel importante en el sector de la energía limpia, proyectos como estos pueden ayudar a acelerar el desarrollo de la electrólisis del agua de mar. La investigación en este sentido es fundamental para ayudar a los países a reducir el precio de la producción de hidrógeno y reducir sus emisiones de CO2.