Un gran avance en la división del agua en sus partes podría ayudar a que la energía renovable valga la pena, incluso cuando el sol no brilla y el viento no sopla.

Usar energía solar y eólica cuando esté disponible para dividir el agua, un proceso que usa electricidad para dividir H ₂ O en hidrógeno y oxígeno, ofrece una forma de almacenar energía en forma de combustible de hidrógeno.

Actualmente, el sistema más popular utilizado para dividir el agua, o electrólisis de agua, se basa en metales preciosos como catalizadores, sino un equipo de investigación colaborativo, incluidos 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. Describen el avance en un artículo publicado en Energía de la naturaleza el 9 de marzo.

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

Hoy en día, la mayor parte de la división del agua se realiza utilizando un equipo llamado electrolizador de agua con membrana de intercambio de protones, que genera hidrógeno a una alta tasa de producción. Es caro, y trabaja en condiciones muy ácidas, que requieren catalizadores de metales preciosos como platino e iridio, así como placas metálicas resistentes a la corrosión de titanio.

El equipo de investigación trabajó para resolver este problema dividiendo el agua en alcalinos, o básico, condiciones con un electrolizador de membrana de intercambio aniónico. Este tipo de electolizador 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 WSU, creó un catalizador a base de níquel y hierro, elementos menos costosos y más abundantes en el medio ambiente.

El equipo de Lin compartió su desarrollo con Kim en Los Alamos, 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 se une a los 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 WSU impulsó 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 caro.

Aproximadamente 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 reformado de gas natural, según el Departamento de Energía de EE. UU. El hidrógeno producido a partir de un proceso de división del agua que funciona con electricidad procedente de energías renovables tiene muchos beneficios económicos y medioambientales. Dijo Lin.

"La división del agua es una tecnología limpia, pero necesitas electricidad para hacerlo, "dijo Lin, quien también es un autor correspondiente en el 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 dia podemos usar energía extra para convertirla en otra cosa, como el hidrogeno, eso es muy prometedor ".

Se espera que el mercado mundial de generación de hidrógeno alcance los $ 199,1 mil millones 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 sistemas de electrólisis de agua.