Un nuevo e ingenioso dispositivo extrae con eficiencia hidrógeno y litio del agua de mar

Investigadores chinos han demostrado que un electrolizador de agua de mar funciona con la misma eficiencia que un electrolizador comercial de agua dulce durante meses sin corrosión.

También parece que estas máquinas podrían extraer litio.

Uno de los problemas del hidrógeno producido a partir de fuentes renovables es que utiliza agua dulce, y dado que una cuarta parte de la población mundial se enfrenta ya a una grave escasez de agua al menos un mes al año, el agua dulce es un recurso cada vez más finito y precioso. Por eso, las tecnologías que pueden electrolizar hidrógeno a partir de la abundante agua de mar que cubre la mayor parte del planeta son un campo de investigación vital.

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.

También hay muchas máquinas de electrólisis directa de agua de mar, pero la mayoría mueren demasiado rápido para ser útiles en un sentido comercial; los iones de cloruro en el complejo brebaje del océano se convierten en gas cloro altamente corrosivo en el ánodo, y se come los electrodos y degrada los catalizadores hasta que la máquina deja de funcionar.

Investigadores de la Universidad Tecnológica de Nanjing creen haber encontrado una solución a este problema.

En un estudio publicado en Nature, el equipo de Nanjing demostró una máquina de electrólisis directa de agua de mar que funcionó durante más de 3.200 horas (133 días) sin fallar. Dicen que es eficiente, escalable y funciona de forma muy parecida a un separador 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. 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 del agua de mar en el lado del agua de mar.«

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 caja 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. Aun así, 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 un rendimiento aproximado 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%.

Es importante destacar que el dispositivo seguía funcionando a pleno rendimiento después de más de cuatro meses en agua de mar, y que los análisis posteriores a la prueba no mostraron «ningún aumento evidente de iones de impurezas» en el electrolito, lo que «sugiere una eficacia de bloqueo iónico del 100%» de la membrana de PTFE, y no había corrosión visible en las capas del catalizador.»

Los investigadores afirman que, una vez demostrado el principio básico de la extracción de agua dulce a partir del agua de mar, quedan muchas vías por explorar para mejorar el rendimiento

Prensa GeoMinera