El poder del sol el viento y el mar pronto pueden combinarse para producir combustible de hidrógeno de combustión limpia, según un equipo de investigadores de Penn State. El equipo integró la tecnología de purificación de agua en un nuevo diseño de prueba de concepto para un electrolizador de agua de mar, que utiliza una corriente eléctrica para separar el hidrógeno y el oxígeno en las moléculas de agua.

Este nuevo método de "división del agua de mar" podría facilitar la conversión de la energía eólica y solar en un combustible portátil y almacenable. según Bruce Logan, Profesor Kappe de Ingeniería Ambiental y Profesor de la Universidad Evan Pugh.

"El hidrógeno es un gran combustible, pero tienes que hacerlo, Logan dijo. La única forma sostenible de hacerlo es utilizar energía renovable y producirla a partir del agua. También necesita usar agua que la gente no quiera usar para otras cosas, y eso sería agua de mar. Entonces, el santo grial de la producción de hidrógeno sería combinar el agua de mar y la energía eólica y solar que se encuentra en entornos costeros y marinos ".

A pesar de la abundancia de agua de mar, no se usa comúnmente para dividir el agua. A menos que el agua sea desalinizada antes de ingresar al electrolizador, un paso adicional costoso, los iones de cloruro en el agua de mar se convierten en gas cloro tóxico, que degrada el equipo y se filtra en el medio ambiente.

Para prevenir esto, los investigadores insertaron una delgada, membrana semipermeable, desarrollado originalmente para purificar agua en el proceso de tratamiento de ósmosis inversa (RO). La membrana de RO reemplazó a la membrana de intercambio iónico que se usa comúnmente en los electrolizadores.

"La idea detrás de la RO es que pones una presión muy alta en el agua y la empujas a través de la membrana y mantienes los iones de cloruro detrás. "Dijo Logan.

En un electrolizador, el agua de mar ya no se empujaría a través de la membrana de ósmosis inversa, pero contenido por él. Se utiliza una membrana para ayudar a separar las reacciones que ocurren cerca de dos electrodos sumergidos, un ánodo con carga positiva y un cátodo con carga negativa, conectados por una fuente de energía externa. Cuando se enciende la energía, las moléculas de agua comienzan a dividirse en el ánodo, liberando diminutos iones de hidrógeno llamados protones y creando oxígeno gaseoso. Los protones luego pasan a través de la membrana y se combinan con los electrones en el cátodo para formar gas hidrógeno.

Con la membrana de RO insertada, el agua de mar se mantiene en el lado del cátodo, y los iones de cloruro son demasiado grandes para atravesar la membrana y llegar al ánodo, evitar la producción de cloro gaseoso.

Pero en el agua partiéndose Logan señaló, otras sales se disuelven intencionalmente en el agua para ayudar a que sea conductora. La membrana de intercambio iónico, que filtra iones por carga eléctrica, permite el paso de los iones de sal. La membrana de RO no lo hace.

"Las membranas de ósmosis inversa inhiben el movimiento de la sal, pero la única forma de generar corriente en un circuito es porque los iones cargados en el agua se mueven entre dos electrodos, "Dijo Logan.

Con el movimiento de los iones más grandes restringido por la membrana de RO, los investigadores necesitaban ver si había suficientes protones diminutos moviéndose a través de los poros para mantener una alta corriente eléctrica.

"Básicamente, teníamos que demostrar que lo que parecía un camino de tierra podía ser una interestatal, Logan dijo. "Teníamos que demostrar que podíamos obtener una gran cantidad de corriente a través de dos electrodos cuando había una membrana entre ellos que no permitía que los iones de sal se movieran hacia adelante y hacia atrás".

A través de una serie de experimentos publicados recientemente en Ciencias de la energía y el medio ambiente , los investigadores probaron dos membranas de ósmosis inversa disponibles comercialmente y dos membranas de intercambio catiónico, un tipo de membrana de intercambio iónico que permite el movimiento de todos los iones cargados positivamente en el sistema.

Cada uno fue probado para determinar la resistencia de la membrana al movimiento de iones, la cantidad de energía necesaria para completar las reacciones, producción de gas hidrógeno y oxígeno, interacción con iones cloruro y deterioro de la membrana.

Logan explicó que, si bien una membrana de ósmosis inversa resultó ser un "camino de tierra, "la otra funcionó bien en comparación con las membranas de intercambio catiónico. Los investigadores todavía están investigando por qué había tal diferencia entre las dos membranas de RO.

"La idea puede funcionar, ", dijo." No sabemos exactamente por qué estas dos membranas han estado funcionando de manera tan diferente, pero eso es algo que vamos a averiguar ".

Recientemente, los investigadores recibieron $ 300, 000 subvención de la National Science Foundation (NSF) para seguir investigando la electrólisis del agua de mar. Logan espera que su investigación desempeñe un papel fundamental en la reducción de las emisiones de dióxido de carbono en todo el mundo.

"El mundo busca hidrógeno renovable, ", dijo." Por ejemplo, Arabia Saudita ha planeado construir una instalación de hidrógeno de $ 5 mil millones que utilizará agua de mar. Ahora, tienen que desalinizar el agua. Quizás puedan usar este método en su lugar ".