Los investigadores de Stanford han ideado una forma de generar combustible de hidrógeno utilizando energía solar, electrodos y agua salada de la Bahía de San Francisco.

Los resultados, publicado el 18 de marzo en procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias , demostrar una nueva forma de separar el gas hidrógeno y oxígeno del agua de mar a través de la electricidad. Los métodos de separación de agua existentes se basan en agua altamente purificada, que es un recurso precioso y costoso de producir.

Teóricamente para impulsar ciudades y coches, "se necesita tanto hidrógeno que no es concebible utilizar agua purificada, "dijo Hongjie Dai, J.G. Jackson y C.J. Wood, profesor de química en Stanford y coautor principal del artículo. "Apenas tenemos agua suficiente para nuestras necesidades actuales en California".

El hidrógeno es una opción atractiva como combustible porque no emite dióxido de carbono, Dijo Dai. La quema de hidrógeno produce solo agua y debería aliviar el empeoramiento de los problemas del cambio climático.

Dai dijo que su laboratorio mostró una prueba de concepto con una demostración, pero los investigadores dejarán que los fabricantes escalen y produzcan en masa el diseño.

Abordar la corrosión

Como concepto, dividir el agua en hidrógeno y oxígeno con electricidad, llamada electrólisis, es una idea simple y antigua:una fuente de energía se conecta a dos electrodos colocados en el agua. Cuando se enciende la energía, El gas hidrógeno burbujea por el extremo negativo, llamado cátodo, y el oxígeno respirable emerge por el extremo positivo, el ánodo.

Pero el cloruro cargado negativamente en la sal de agua de mar puede corroer el extremo positivo, limitando la vida útil del sistema. Dai y su equipo querían encontrar una manera de evitar que esos componentes del agua de mar rompieran los ánodos sumergidos.

Los investigadores descubrieron que si cubrían el ánodo con capas ricas en cargas negativas, las capas repelieron el cloruro y ralentizaron la descomposición del metal subyacente.

Colocaron hidróxido de níquel-hierro encima de sulfuro de níquel, que cubre un núcleo de espuma de níquel. La espuma de níquel actúa como un conductor, transportando electricidad desde la fuente de energía, y el hidróxido de níquel-hierro provoca la electrólisis, separando el agua en oxígeno e hidrógeno. Durante la electrólisis, el sulfuro de níquel se convierte en una capa cargada negativamente que protege el ánodo. Así como los extremos negativos de dos imanes se empujan uno contra el otro, la capa cargada negativamente repele el cloruro y evita que llegue al metal del núcleo.

Sin el revestimiento cargado negativamente, el ánodo solo funciona durante unas 12 horas en agua de mar, según Michael Kenney, estudiante de posgrado en el laboratorio de Dai y coautor principal del artículo. "Todo el electrodo se desmorona, ", Dijo Kenney." Pero con esta capa, es capaz de durar más de mil horas ".

Estudios anteriores que intentaron dividir el agua de mar en combustible de hidrógeno habían ejecutado bajas cantidades de corriente eléctrica, porque la corrosión ocurre a corrientes más altas. Pero Dai, Kenney y sus colegas pudieron conducir hasta 10 veces más electricidad a través de su dispositivo multicapa, lo que le ayuda a generar hidrógeno a partir del agua de mar a un ritmo más rápido.

"Creo que establecimos un récord en la corriente para dividir el agua de mar, "Dijo Dai.

Los miembros del equipo realizaron la mayoría de sus pruebas en condiciones controladas de laboratorio, donde podrían regular la cantidad de electricidad que ingresa al sistema. Pero también diseñaron una máquina de demostración con energía solar que producía hidrógeno y oxígeno a partir del agua de mar recolectada en la Bahía de San Francisco.

Y sin el riesgo de corrosión por sales, el dispositivo coincidía con las tecnologías actuales que utilizan agua purificada. "Lo impresionante de este estudio fue que pudimos operar con corrientes eléctricas que son las mismas que se utilizan en la industria hoy en día, "Dijo Kenney.

Sorprendentemente simple

Mirando hacia atrás, Dai y Kenney pueden ver la simplicidad de su diseño. "Si tuviéramos una bola de cristal hace tres años, se habría hecho en un mes, "Dijo Dai. Pero ahora que se ha descubierto la receta básica para la electrólisis con agua de mar, el nuevo método abrirá las puertas para aumentar la disponibilidad de combustible de hidrógeno alimentado por energía solar o eólica.

En el futuro, la tecnología podría utilizarse para fines más allá de la generación de energía. Dado que el proceso también produce oxígeno respirable, Los buceadores o submarinos podrían llevar dispositivos al océano y generar oxígeno en las profundidades sin tener que salir a la superficie en busca de aire.

En términos de transferencia de tecnología, "uno podría simplemente usar estos elementos en los sistemas de electrolizadores existentes y eso podría ser bastante rápido, "Dijo Dai." No es como empezar desde cero, es más como empezar desde el 80 o el 90 por ciento ".