La producción de hidrógeno verde es considerada una de las vías más prometedoras para descarbonizar los sectores industriales, pero el problema es que las tecnologías actuales para su obtención y generación presentan importantes limitaciones. La mayor parte del hidrógeno limpio se obtiene mediante electrólisis del agua, un proceso que requiere electricidad renovable y, en muchos casos, agua altamente purificada. Este último requisito implica un paso adicional de desalinización cuando se pretende utilizar agua de mar, lo que aumenta los costos energéticos y la complejidad de las instalaciones. Pero es algo que podría dejar de suponer un problema gracias al nuevo descubrimiento realizado en Australia, lo que sería un salto importante en este campo.
Un nuevo estudio publicado en Nature Communications plantea una alternativa: producir hidrógeno directamente a partir de agua, incluida el agua marina, sin electrólisis ni tratamiento previo de desalinización, con el ahorro que ello implicaría.
Metal en lugar de electricidad
El avance ha sido desarrollado por un equipo de investigadores australianos que diseñó un sistema basado en metal líquido activado por luz. En lugar de emplear electricidad para dividir las moléculas de agua, el método utiliza pequeñas gotas de galio líquido que reaccionan químicamente con el agua cuando son irradiadas con luz solar o luz artificial intensa. Este proceso, conocido como oxidación fototérmica, provoca que el galio se transforme en oxihidróxido de galio mientras libera hidrógeno molecular.
Explicado en términos sencillos, el galio actúa como un intermediario químico capaz de “extraer” el hidrógeno del agua. Cuando las partículas metálicas reciben radiación luminosa, su superficie se activa y comienza la reacción. El hidrógeno se desprende en forma de gas, mientras el galio se convierte temporalmente en otro compuesto. Posteriormente, el metal puede recuperarse mediante un proceso electroquímico y reutilizarse, lo que permite establecer un ciclo químico potencialmente circular.
Uno de los resultados más destacados del estudio es la eficiencia global del proceso. Los experimentos de laboratorio alcanzaron una eficiencia energética de conversión del 12,9 %, una cifra que los investigadores consideran competitiva para una tecnología en fase inicial. Además, el trabajo sugiere que el proceso puede aproximarse a un rendimiento cercano al máximo teórico del 98,4 % en condiciones controladas del ciclo químico completo. Este valor indica que, al menos desde el punto de vista termodinámico, gran parte del potencial de la reacción puede aprovecharse.
Poder usar el agua del mar como recurso
Otro aspecto especialmente relevante es la capacidad de utilizar agua de mar directamente. En las pruebas realizadas con agua marina recogida cerca de la costa, el sistema fue capaz de producir hidrógeno sin necesidad de eliminar previamente las sales. Los investigadores observaron que las tasas de producción eran similares a las obtenidas con agua dulce, aunque algunos compuestos orgánicos presentes en el agua marina podían reducir ligeramente la cantidad de luz que alcanzaba el metal.
A pesar de ello, el proceso siguió funcionando con rendimientos elevados, lo que hace que sea una característica clave para el futuro del hidrógeno verde. Actualmente, muchas plantas de electrólisis requieren agua purificada para evitar daños en los electrodos y además mejorar la eficiencia del sistema. Si una tecnología permite producir hidrógeno directamente con agua de mar, se eliminaría la necesidad de inversión en plantas de desalinización, que son muy caras, lo que reduciría el consumo energético total y facilitaría la creación de instalaciones en zonas costeras.
Los investigadores destacan que el sistema todavía se encuentra en una etapa experimental y también son francos respecto a los principales escollos antes de su posible aplicación industrial: la optimización del rendimiento bajo condiciones solares reales, la mejora del proceso de recuperación del galio y la evaluación de los costos asociados a la escala industrial. Sin embargo, esta innovación abre una nueva línea de investigación dentro del campo del hidrógeno renovable que facilitaría su implementación.