Investigadores de la Universidad de Adelaida han liderado un equipo internacional que ha descubierto un método que permite utilizar agua directamente del océano en un electrolizador comercial para producir hidrógeno verde de forma eficiente.
“Utilizamos agua de mar como materia prima sin necesidad de ningún proceso de pretratamiento, como la desolación por ósmosis inversa, la purificación o la alcalinización”, explica el profesor asociado Yao Zheng, de la Escuela de Ingeniería Química de la Universidad de Adelaida.
El equipo se limitó a filtrar el agua de mar, procedente del mar de Huanghai (China), para eliminar sólidos y microorganismos.
“El rendimiento de un electrolizador comercial con nuestros catalizadores en agua de mar es similar al de los catalizadores de platino/iridio en agua desionizada muy purificada”, afirma Zheng.
El descubrimiento responde a la preocupación por la escasez de agua que ha estado presente en los debates sobre el hidrógeno verde. Los investigadores han descrito el océano como un “recurso casi infinito”, que representa el 96,5% de las reservas de agua de la Tierra, pero ha resultado difícil debido a las complejidades del perfil del agua. La solución del equipo se reduce a ajustar el entorno de reacción local del catalizador.
El equipo está formado por investigadores de las universidades chinas de Tianjin y Nankai y de la estadounidense Kent State. Esta semana han publicado su trabajo en Nature Energy, tras observar que el método resultaba más práctico en regiones con largas costas y abundante luz solar, como Australia.
El equipo trabajará ahora en la ampliación del sistema utilizando un electrolizador de mayor tamaño para que pueda emplearse en procesos comerciales como la generación de hidrógeno para pilas de combustible y la síntesis de amoníaco.
Sal en la herida
Dada la inmensidad del océano, se considera un electrolito natural. Como señalan los investigadores, “la electrólisis directa de agua de mar sin proceso de purificación ni aditivos químicos es muy atractiva y se lleva investigando unos 40 años”.
El problema: el uso de agua de mar para la electrólisis tiende a provocar reacciones y corrosión en los electrodos, lo que reduce la eficacia y la estabilidad del sistema de electrólisis.
Esto se debe a que el agua de mar tiene altas concentraciones de iones de cloro nocivos, así como iones no deseados con carga positiva, como los iones de magnesio y calcio. Dado que el valor del pH del agua de mar cerca del cátodo aumenta notablemente durante la electrólisis, estos iones de magnesio y calcio pueden formar precipitados masivos como el hidróxido de magnesio, convirtiéndose en sólidos insolubles que pueden bloquear el electrodo.
Para resolver estos problemas, el equipo introdujo una “capa dura de ácido de Lewis” en la superficie del catalizador para dividir las moléculas de agua y capturar muchos de los iones cargados negativamente que rodean al catalizador. También descubrieron que su método creaba un entorno fuertemente alcalino, pH 14, que inhibía la producción de cloro en el catalizador, reduciendo la formación de estos sólidos que bloquean el electrodo.
El equipo introdujo esta capa ácida en una serie de catalizadores comunes para manipular el microentorno de reacción local, dijeron, – señalando que se trataba de una “estrategia general que puede aplicarse a diferentes catalizadores sin necesidad de catalizadores específicamente diseñados y diseño de electrolizadores”.
“Con este entorno alcalino local generado in situ en una serie de catalizadores modificados con Cr2O3, se consiguió una mejora sustancial de la actividad y, al mismo tiempo, se evitó la nociva química del cloro y la formación de precipitados”, señalaron.
“El electrolizador de flujo de agua de mar con catalizadores modificados con Cr2O3 ofrecía una buena estabilidad hasta 100 h a 500 mA cm-2 y presentaba una densidad de corriente industrial de 1,0 A cm-2 a 1,87 V y 60 °C”, concluyó el equipo.
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