Un equipo de investigadores ha descubierto una forma de evitar la costosa membrana que se utiliza en el corazón de los dispositivos de separación de agua, y que produce hidrógeno y oxígeno en cámaras completamente separadas.
La nueva configuración, publicada en Nature Materials, es una prueba de concepto en laboratorio y está muy lejos de funcionar a escala industrial. Pero si tiene éxito, podría ayudar a industrias pesadas como la siderurgia y la producción de fertilizantes a reducir su dependencia del petróleo, el carbón y el gas natural.
Los dispositivos de separación de agua, conocidos como electrolizadores, se utilizaron por primera vez hace más de 230 años. La versión más común hoy en día, conocida como electrolizador alcalino, funciona un poco como una pila:
- Se ponen dos electrodos en una cámara que contiene agua y un electrolito líquido que favorece el movimiento de los iones.
- Al aplicar corriente eléctrica al cátodo cargado negativamente, el agua se divide en moléculas de hidrógeno e iones de hidróxido cargados negativamente.
- Los iones de hidróxido se difunden por el líquido hasta el ánodo cargado positivamente, donde reaccionan para formar oxígeno y una cantidad menor de agua.
Esta nueva instalación se basa en una membrana entre los dos electrodos que permite que los iones de hidróxido se desplacen del cátodo al ánodo, pero impide que se mezclen el hidrógeno y el oxígeno, que pueden combinarse de forma explosiva.
También te puede interesar: Científicos obtienen 80% más de potencia volumétrica al desarrollar una pila de combustible en China
Más detalles
La mayor parte del costo del hidrógeno verde procede de la electricidad renovable que impulsa el proceso, y la mayor parte restante corresponde al electrolizador, y la membrana es uno de sus componentes más caros, porque suele contener muchas capas especializadas para alojar y proteger los filtros moleculares, explicó Avner Rothschild, científico de materiales del Instituto Tecnológico Technion de Israel.
Rothschild y sus colegas pensaron que podrían prescindir de la membrana «desacoplando» la electrólisis y separando la producción de hidrógeno y oxígeno en el espacio o en el tiempo. Ellos, rediseñaron su electrolizador desacoplado de modo que la producción de hidrógeno no cargara el ánodo, sino que alterara las moléculas del electrolito líquido.
En este caso, durante la producción de hidrógeno en el ánodo, los iones de bromuro del electrolito se convierten en bromato. Ese electrolito con bromato se bombea a una segunda cámara, que tiene un catalizador que hace que el bromato se descomponga de nuevo en bromuro y oxígeno en una reacción que funciona a temperatura ambiente.
La instalación produjo hidrógeno de forma continua a un ritmo elevado. Aunque la eficacia no fue tan alta como la de un electrolizador alcalino típico, «podemos mantener el hidrógeno y el oxígeno separados sin necesidad de una membrana», lo que debería reducir el costo de la producción de hidrógeno a gran escala, afirmó Rothschild.
Rothschild señaló que su equipo ya está trabajando en un dispositivo de nueva generación. «Cualquier éxito en la eliminación de las membranas de los electrolizadores podría ser de gran ayuda para los esfuerzos por descarbonizar las partes de la industria más dependientes de los combustibles fósiles. No puedo exagerar lo grande que es esta ventaja».
Si deseas leer la investigación, haz clic aquí
