Un ingenioso electrolizador extrae con facilidad hidrógeno y litio del agua de mar

El ingenioso electrolizador de agua de mar

Se puede desalinizar el agua de mar y dividirla, pero no es una buena solución: la mayor parte de la energía se pierde en el proceso de desalinización, lo que encarece el precio del hidrógeno que se obtiene. También hay muchas máquinas de electrólisis directa de agua de mar, pero la mayoría se estropean demasiado rápido para ser útiles en un sentido comercial; los iones de coruro del complejo brebaje oceánico se convierten en un cloro gaseoso muy corrosivo en el ánodo, que corroe los electrodos y degrada los catalizadores hasta que la máquina deja de funcionar.

Sin embargo, los investigadores de la China Nanjing Tech University creen haber encontrado una solución a este problema. En un estudio publicado en Nature el mes pasado, el equipo de Nanjing demostró cómo un electrolizador directo de agua de mar funcionó durante más de 3.200 horas (133 días) sin fallar. Dicen que es eficiente, escalable y funciona de forma muy parecida a un electrolizador de agua dulce «sin un aumento notable del coste de funcionamiento».

El electrolizador del equipo mantiene el agua de mar completamente separada del electrolito concentrado de hidróxido potásico y de los electrodos mediante membranas baratas, impermeables, transpirables, antibioincrustantes y a base de PTFE (politetrafluoroetileno). Estas membranas impiden el paso del agua líquida, pero dejan pasar el vapor de agua. La diferencia de presión del vapor de agua entre el lado del agua de mar y el lado del electrolito «proporciona una fuerza motriz para la gasificación (evaporación) espontánea en el lado del agua de mar».

Figura 1. Al separarse el agua del electrolito en gases de hidrógeno y oxígeno, se crea una diferencia de presión de vapor entre el electrolito y el agua de mar, lo que hace que ésta se evapore espontáneamente y atraviese la membrana impermeable.

Lo que se consigue es que el agua pura se evapore rápidamente del agua de mar sin ningún aporte extra de energía, atraviese la membrana de PTFE y sea absorbida por el electrolito en forma de líquido. Según el equipo de Nanjing, deja pasar el agua y bloquea el 100% de los demás iones que podrían dañar los electrodos o la membrana.

El equipo probó una unidad electrolizadora compacta de 11 celdas, del tamaño de un par de maletas medianas, en agua de mar de la bahía de Shenzhen. Generó unos 386 litros de hidrógeno gaseoso por hora a lo largo de los 133 días que duró la prueba, lo cual parece mucho, pero a la presión atmosférica normal, 386 litros representan sólo 31,652 gramos de hidrógeno. Si lo ponemos en el contexto de un vehículo eléctrico de pila de combustible y suponemos que un coche recorre unos 100 km con 1 kg de hidrógeno, este dispositivo de 11 pilas generó suficiente hidrógeno por hora para recorrer unos 3,2 km. De todas formas, no es más que una pequeña unidad de pruebas.

En términos de eficiencia, el electrolizador consumió unos 5 kWh por cada metro cúbico normal (Nm3) de hidrógeno producido. Dado que el hidrógeno consume unos 3,544 kWh de energía por Nm3, este electrolizador de agua de mar funciona con una eficiencia aproximada del 71%. Es una cifra similar a la de muchos de los electrolizadores actuales, aunque no llega al nivel de algunos diseños hipereficientes emergentes, como el de alimentación capilar de Hysata, con una eficiencia del 95%.

Figura 2. Izquierda: el banco de pruebas de 11 células funcionó durante más de cuatro meses. Derecha: la estructura de cada célula.

Y lo que es más importante, el dispositivo seguía funcionando a pleno rendimiento después de cuatro meses y medio en agua de mar, y los análisis posteriores a la prueba no mostraron «ningún aumento evidente de iones de impurezas» en el electrolito, «lo que sugiere que la membrana de PTFE bloquea los iones con una eficacia del 100%», y no había corrosión visible en las capas del catalizador. Los investigadores afirman que, una vez demostrado el principio básico de la extracción de agua dulce a partir del agua de mar, quedan muchas vías por explorar para mejorar el rendimiento.

Además de hidrógeno, también podría producir litio

Asimismo, también podría convertirse en una máquina recolectora de litio. Según New Atlas, un equipo de la King Abdullah University of Science and Technology (KAUST) de Arabia Saudí demostró que un dispositivo electrolizador de agua de mar podía extraer fosfato de litio del agua de mar mediante membranas cerámicas especiales.

Se trata de un sistema totalmente distinto, pero el equipo de Nanjing hizo algunas pruebas para ver cómo afectaba su proceso de evaporación a la concentración de litio en el agua de mar. Tras un par de cientos de horas, la concentración se multiplicó por 42 y pudieron precipitar algunos cristales de carbonato de litio, indicando que, con un mayor desarrollo, estas máquinas podrían generar ingresos tanto a partir del hidrógeno como de los metales de las baterías, lo que supondría un gran impulso en términos de aceptación comercial y ampliación.