El hidrógeno verde, aquel que se produce por electrolisis a partir de fuentes de energía renovables, precisa del uso de agua dulce. Un requisito que se convierte en un inconveniente al ser un recurso cada vez más finito y valioso. Por esta razón, las tecnologías que permiten realizar este mismo proceso a partir del agua del mar constituyen un importante campo de investigación. Un equipo de investigadores chinos ha creado un dispositivo capaz de electrolizar el agua del mar y, a la vez, aumentar la concentración de litio.
Si bien existen dispositivos que son capaces de emplear agua del mar para realizar la electrolisis, su durabilidad es muy corta. Los iones de cloruro se convierten en un gas corrosivo en el ánodo, degradando los electrodos y los catalizadores. Una opción que se baraja para evitar el uso de agua dulce es desalinizar el agua del mar y, después, dividir sus moléculas para extraer el hidrógeno. Sin embargo, es una solución que acarrea algunos inconvenientes. La primera es el coste energético que se pierde en el proceso de desalinización, que tiene su repercusión en el precio del hidrógeno que está produciendo.
Una solución para el hidrógeno
El equipo de investigadores de la Universidad Tecnológica de Nanjing, en China, asegura que ha encontrado la forma de solucionar este problema. El estudio publicado en Nature el mes pasado, muestra el funcionamiento de una máquina de electrólisis que emplea agua de mar y es capaz de funcionar durante más de 3.200 horas (133 días) sin fallos. Un dispositivo eficiente y escalable que, además, no obliga a un "incremento notable de los costes de operación", señala el artículo.
El electrolizador mantiene el agua de mar separada del electrolito de hidróxido de potasio concentrado. Los electrodos utilizan membranas PTFE baratas, impermeables y transpirables que impiden el paso del agua y dejan pasar el vapor. La diferencia en la presión entre el lado del agua de mar y el lado del electrolito "proporciona una fuerza impulsora para la gasificación espontánea (evaporación) del agua de mar", explican.
El resultado que se obtiene es agua pura evaporada sin ninguna necesidad de aportar energía adicional que, cuando cruza la membrana PTFE, se absorbe en el electrolito. Según el equipo, deja pasar el agua bloqueando el 100 % de los iones que pueden dañar los electrodos o la membrana.
El dispositivo de pruebas es un electrolizador compacto de 11 celdas, del tamaño de un par de maletas medianas. Fue capaz de generar unos 386 litros de hidrógeno gaseoso cada hora durante la prueba de 133 días. A la presión atmosférica estándar representan 31,652 gramos de hidrógeno. En un vehículo eléctrico alimentado por una celda de combustible que consuma 1 kg de hidrógeno cada 100 km hubiera sido capaz de recorrer 3,2 kilómetros.
El electrolizador consumió alrededor de 5 kWh por cada metro cúbico de hidrógeno producido. Dado que, en ese volumen, el hidrógeno transporta alrededor de 3,544 kWh de energía, la eficiencia del electrolizador es de aproximadamente un 71 %.
El dispositivo seguía funcionando a plena capacidad sumergido en agua de mar después de cuatro meses y medio. El análisis posterior no mostró "ningún aumento evidente de impurezas en el electrolito, lo que sugiere que la eficiencia del bloqueo se mantiene al 100 %, no habiendo corrosión visible en las capas de catalizador", señalan. Los investigadores aseguran que hay un gran potencial para mejorar el rendimiento, una vez que se ha probado el principio básico de funcionamiento para extraer agua dulce del agua de mar.
Doble función: extracción de litio
Otra de las ventajas de este dispositivo es que también podría convertirse en una máquina para recolectar litio. Durante el desarrollo del electrolizador, el equipo de Nanjing realizó algunas pruebas para comprobar cómo su proceso de evaporación afectaba la concentración de litio en el agua de mar.
Después de aproximadamente 200 horas de funcionamiento, descubrieron que la cantidad se multiplicaba por 42. Incluso fue posible precipitar algunos cristales de carbonato de litio, lo que sugiere que, con un mayor desarrollo, estas máquinas podrían proporcionar también un material fundamental para la fabricación de baterías para vehículos eléctricos. Esta capacidad podría ser un impulso a la hora de valorar su potencial validación comercial y su escalamiento.
