Un estudio sobre la división del agua podría permitir una energía renovable más asequible

Una nueva investigación desarrolla en Estados Unidos sobre la división del agua en sus distintas partes podría ayudar a que la energía renovable sea rentable incluso cuando el sol no brilla y el viento no sopla.

Actualmente, el sistema más popular utilizado para la división del agua, o electrólisis del agua, se basa en metales preciosos como catalizadores, pero un equipo de investigación colaborativo, que incluye científicos del Laboratorio Nacional de Los Alamos y la Universidad Estatal de Washington, ha desarrollado un sistema que utiliza materiales menos costosos y más abundantes, según publican este lunes en la revista ‘Nature Energy’.

«El sistema actual de electrólisis del agua utiliza un catalizador muy costoso. En nuestro sistema, utilizamos un catalizador a base de níquel-hierro, que es mucho más barato, pero el rendimiento es comparable», explica Yu Seung Kim, científico investigador del Laboratorio Nacional de Los Alamos y autor del estudio.

El uso de energía solar y eólica cuando está disponible para la división del agua, un proceso que utiliza electricidad para dividir H2O en hidrógeno y oxígeno, ofrece una forma de almacenar energía en forma de combustible de hidrógeno.

La mayor parte de la división del agua en la actualidad se lleva a cabo utilizando un equipo llamado electrolizador de agua con membrana de intercambio de protones, que genera hidrógeno a una alta tasa de producción. Es costoso y funciona en condiciones muy ácidas, que requieren catalizadores de metales preciosos como platino e iridio, así como placas de metal resistentes a la corrosión hechas de titanio.

El equipo de investigación trabajó para resolver este problema dividiendo el agua en condiciones alcalinas o básicas con un electrolizador de membrana de intercambio aniónico. Este tipo de electrolizador no necesita un catalizador a base de metales preciosos.

De hecho, un equipo dirigido por Yuehe Lin, profesor de la Escuela de Ingeniería Mecánica y de Materiales de la Universidad de Washington, creó un catalizador a base de níquel y hierro, elementos que son menos costosos y más abundantes en el medio ambiente.

El equipo de Lin compartió su desarrollo con Kim, cuyo equipo a su vez desarrolló el aglutinante de electrodos para usar con el catalizador. El aglutinante de electrodos es un polímero conductor de hidróxido que une catalizadores y proporciona un entorno de pH alto para reacciones electroquímicas rápidas.

La combinación del aglutinante de electrodos desarrollado por Los Alamos y el catalizador de la Universidad de Washington aumentó la tasa de producción de hidrógeno a casi diez veces la tasa de electrolizadores de membrana de intercambio aniónico anteriores, haciéndolo comparable con el electrolizador de membrana de intercambio de protones más costoso.

Alrededor de 10 millones de toneladas métricas de hidrógeno se producen actualmente en los Estados Unidos cada año, principalmente mediante el uso de gas natural en un proceso llamado reforma de gas natural, según el Departamento de Energía de los Estados Unidos.

El hidrógeno producido a partir de un proceso de división del agua que funciona con electricidad a partir de energía renovable tiene muchos beneficios económicos y ambientales, apunta Lin.

«La división del agua es una tecnología limpia, pero se necesita electricidad para hacerlo -añade Lin, quien también es un autor correspondiente del artículo-. Ahora tenemos mucha energía renovable, energía eólica y solar, pero es intermitente. Por ejemplo, por la noche no podemos usar energía solar, pero si durante el día, podemos usar energía extra para convertirla en otra cosa, como el hidrógeno, eso es muy prometedor».

Se espera que el mercado global de generación de hidrógeno alcance los 199.100 millones de dólares (176.400 millones de euros) para 2023. Los mercados potenciales para la energía del hidrógeno incluyen todo, desde la conversión masiva de energía y la gestión de la red eléctrica hasta las celdas de combustible para automóviles.

Lin estima que hay aproximadamente 600 parques eólicos en los Estados Unidos listos para conexiones directas a los sistemas de electrólisis del agua.