Un nuevo dispositivo crea hidrógeno a partir del aire

Un nuevo dispositivo crea hidrógeno a partir del aire

Fecha publicada: 20 Noviembre, 2023

El hidrógeno, y en particular el hidrógeno verde, se considera la energía limpia por excelencia.
A diferencia de los combustibles fósiles, de los que sabemos que contribuyen a las emisiones de CO2 a gran escala que causan el calentamiento global, la combustión de hidrógeno no libera dióxido de carbono ni ningún otro gas de efecto invernadero. El hidrógeno verde va un paso más allá al utilizar energías renovables en su producción.
Al igual que la producción convencional de hidrógeno, se obtiene mediante un proceso llamado electrólisis, en el que el agua se divide en hidrógeno y oxígeno utilizando una fuente de energía. Pero en este caso, esa energía procede de fuentes renovables, ya sean solares, eólicas, geotérmicas o mareomotrices.
Como el hidrógeno puede “almacenar” la energía producida por fuentes renovables, complementa a éstas ofreciendo un suministro continuo de energía.
Tan prometedor es el hidrógeno verde para una economía baja en carbono que muchos lo ven como la próxima gran exportación de Australia, debido a su amplia fuente de energía solar y eólica.

¿Agua dulce o hidrógeno?
Pero la producción de hidrógeno mediante electrólisis del agua depende de un suministro de agua muy limpia, que es un bien escaso. Según ONU-Agua, 2.300 millones de personas viven en países con estrés hídrico, de los cuales 733 millones viven en países con estrés hídrico alto y crítico (ONU-Agua, 2021).

Las centrales eléctricas industriales, la agricultura y otras industrias ya utilizan una cantidad considerable de agua, que compite con el suministro para la población humana. Los procesos de purificación son posibles, pero añaden complejidad y costes a la producción de hidrógeno que dificultan su viabilidad.

Además, existe un desajuste geográfico entre la electricidad renovable y la disponibilidad de agua dulce. Las zonas ricas en energía solar y eólica y, por tanto, ideales para la producción de hidrógeno verde, sufren a menudo escasez de agua, lo que hace que la competencia por el agua dulce potable sea aún mayor. Entre estos lugares se encuentran gran parte de Asia central, Asia occidental e India, el norte de África, el oeste de Norteamérica y gran parte de Australia.

Traer agua como alternativa no sólo plantea retos logísticos, sino que puede no ser posible a medida que aumenta la escasez. Toda una economía basada en el hidrógeno aumentaría sin duda el riesgo mundial de escasez de agua dulce.

Convertir el aire en hidrógeno
Investigadores de la Universidad de Melbourne están a punto de superar estos problemas con un prototipo funcional de un dispositivo que produce hidrógeno sin consumir recursos de agua dulce.

La tecnología, publicada recientemente en Nature Communications, se llama Direct Air Electrolyser (DAE) y funciona extrayendo el agua directamente del aire antes de pasar por el proceso estándar de electrólisis.

El investigador principal, Kevin Gang Li, catedrático de Ingeniería Química, explica que la idea se le ocurrió pensando en la producción de hidrógeno en lugares donde el suministro de agua es difícil.

“Vemos una zona sin agua subterránea y pensamos que no es adecuada para la producción de hidrógeno. Pero siempre hay abundante agua dulce en el aire. Incluso Alice Springs, que está en parte desértica, tiene alrededor de un 20% de humedad relativa. Es más que suficiente para producir hidrógeno in situ utilizando energía renovable”.

El DAE, en el que Li ha estado trabajando con Jining Guo, estudiante de doctorado, se parece a otros electrolizadores que está formado por un panel de placas metálicas -los electrodos- que suministran corriente (procedente de energías renovables) para el proceso de división del agua.

Pero el secreto está en el medio poroso entre las placas, impregnado de una solución iónica higroscópica, una sustancia química capaz de absorber la humedad del aire de forma espontánea. “Es sencillo, pero a este material le gusta tomar moléculas de agua del aire. Cuando las ha tomado del aire, se vuelven líquidas y están listas para la electrólisis. Ése es el núcleo de este invento. Si expones el dispositivo al aire, producirá hidrógeno. Por eso lo llamamos electrolizador de aire directo. Usas aire como alimentación del dispositivo, no agua líquida como hacen actualmente los electrolizadores”, plantea Guo.

Fig.1 Módulo de producción directa de hidrógeno a partir del aire. Fuente: Nature Communications

Una nueva dirección para la producción de hidrógeno impulsada por la energía sostenible
La tecnología no sustituirá por completo a la producción convencional de hidrógeno, que seguirá utilizándose cuando haya agua dulce disponible y barata; más bien, el DAE será un complemento perfecto. Pero tras dos años y medio en el laboratorio, saben que el dispositivo puede ampliarse fácilmente y acoplarse a energías renovables, que puede generar hidrógeno de gran pureza de forma continua a humedades relativas tan bajas como el 4%, y que es técnica y estructuralmente viable, además de requerir poco mantenimiento.

Las aplicaciones potenciales son enormes y el hidrógeno puro podría generarse en cualquier lugar del planeta.

Con un prototipo que funciona y una patente, los próximos pasos son realizar pruebas a gran escala para averiguar cómo se comporta en condiciones adversas, como temperaturas bajo cero, lluvia y climas extremadamente secos, y a un tamaño mucho mayor.

“Estamos ampliando el DAE: de una pila de cinco capas a un metro cuadrado, luego a 10 metros y así sucesivamente. Podemos simular un clima seco en el laboratorio, pero eso no es un desierto real. Así que queremos llevarlo a Alice Springs y pasar un par de semanas, a ver cómo va”.

A partir de ahí, la atención se centrará en la integración energética, así como en el almacenamiento y el suministro para llevarlo a las fases finales antes de que se convierta en un producto comercial. El perfeccionamiento de la tecnología DAE ha atraído inversiones de los principales capitales de riesgo mundiales.

Aún está por ver lo cerca que está. Pero estamos mucho más cerca de disponer de una forma asequible y sencilla de producir hidrógeno muy ecológico, que podría ser económicamente prolífico y no agota nuestros limitados recursos de agua dulce.

Fuente: University of Melbourne

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