El hidrógeno puede considerarse una forma de almacenamiento de energía que después puede emplearse para generar electricidad a través de una pila de combustible que alimente, por ejemplo, el motor de un vehículo eléctrico. Se llama hidrógeno verde a aquel que se produce a partir de fuentes de energía renovable, como la solar o la eólica, a través del proceso de electrólisis del agua. En él, la electricidad se utiliza para descomponer el agua en sus componentes básicos, hidrógeno y oxígeno. El hidrógeno verde se considera una fuente de energía limpia y sostenible, ya que no produce emisiones de gases de efecto invernadero durante su producción o uso.
Pero, además del uso de energía renovable, la creación de hidrógeno verde necesita grandes cantidades de agua. En concreto, cada kilogramo de hidrógeno que se crea necesita nueve litros de agua. Una proporción muy importante teniendo en cuenta que el agua es un bien escaso y necesario para la vida en la tierra.
Muchas investigaciones se dirigen al empleo de agua de mar para crear hidrógeno verde, pero es significativamente más difícil que usar agua dulce. La corrosión, las impurezas y los microorganismos complican el proceso. Además, se necesita ubicaciones en la costa y cercanas a los centros de generación de renovable. Los países rodeados por el mar y con gran cantidad de sol y viento, como España, son los mejores candidatos para apostar por este mercado. No solo el suministro de agua es gratuito, sino que el hidrógeno se quema o pasa a través de una celda de combustible y emite solo agua dulce que puede filtrarse a través de la capa freática y alimentar cultivos. El agua desalinizada es, por lo tanto, otra gran ventaja de este proceso.
Actualmente, hay varias investigaciones abiertas que trabajan en técnicas de electrólisis para generar hidrógeno verde a partir del agua de mar. En diciembre del año pasado, un equipo chino presentaba un electrolizador que, además de producir hidrógeno a partir del agua del mar de manera eficiente y sin corroerse, también puede aumentar la concentración de litio. Hace unas semanas, un equipo internacional encontró un tratamiento para las superficies expuestas en los electrolizadores estándar que les hace funcionar igual de bien con agua salada.
Australia y el hidrógeno verde
Otro país que cuenta con unas características similares a las de España para convertirse en una potencia del hidrógeno verde es Australia. Los científicos del Universidad Real Instituto de Tecnología de Melbourne (RMIT) han anunciado una estrategia diferente con un gran potencial para la generación de hidrógeno verde de bajo coste y altamente eficiente directamente del agua de mar y sin generar cloro.
"El mayor obstáculo del agua de mar es el cloro, que puede producirse como subproducto", escribe en un artículo publicado en la revista Small el doctor Nasir Mahmood, director de la Investigación. "Si tuviéramos que satisfacer las necesidades mundiales de hidrógeno usando agua de mar, sin resolver este problema primero, produciríamos 240 millones de toneladas de cloro por año, que es tres o cuatro veces lo que el mundo necesita. Nuestro proceso no solo omite el dióxido de carbono, sino que tampoco produce cloro".
El dispositivo del RMIT utiliza un novedoso catalizador fabricado a partir de láminas de fosfuro de molibdeno y níquel dopado con nitrógeno (NiMo3P). “A lo largo de cada capa de la lámina, hay poros ’grandes’, medidos a nanoescala, diseñados para acelerar la actividad catalítica y la transferencia de masa”, explica Mahmood.
El dopaje con nitrógeno aumenta la conductividad, optimiza la densidad electrónica y la química de la superficie y crea nuevos lugares activos para la catálisis del agua en las láminas. Las propiedades electronegativas que surgen cuando el nitrógeno se une a los metales de la superficie ayudan a evitar que los iones y moléculas no deseados toquen la superficie del catalizador, y la presencia de iones de fosfato, sulfato, nitrato e hidroxilo en la superficie sirven para bloquear el cloro y prevenir la corrosión.
En las pruebas de laboratorio, el equipo descubrió que este catalizador mostraba una eficiencia sobresaliente y suprimía por completo la generación de cloro. "Las láminas de N-NiMo3P exhiben valores excepcionales de sobrepotencial de HER [reacción de evolución de hidrógeno] de 23 y 35 mV a 10 mA/cm2 en electrolitos alcalinos y agua de mar, respectivamente", se describe en el estudio. "Además, para la división completa del agua, solo se requieren 1,52 y 1,55 V para lograr 10 mA/cm2 en electrolito alcalino y agua de mar, respectivamente. Estos resultados excepcionales demuestran que se puede generar hidrógeno de bajo costo a partir del agua de mar regulando la estructura y la composición de materiales 2D".
Además, estos nuevos catalizadores requieren muy poca energía para funcionar y pueden usarse a temperatura ambiente, aclara Mahmood. “También deberían ser relativamente baratos y fáciles de producir a la gran escala que se espera que demande el mercado del hidrógeno verde”. Este método para producir hidrógeno es simple, escalable y más rentable que otras soluciones para obtener hidrógeno verde a partir de agua de mar. “Con un mayor desarrollo, esperamos que esto pueda impulsar el establecimiento de una próspera industria de hidrógeno verde en Australia".
Para que las empresas inviertan en la producción de hidrógeno verde a gran escala, es necesario demostrar que pueden hacerlo de manera rentable y competir con otras fuentes de hidrógeno y otros combustibles. El siguiente paso es construir un prototipo del sistema electrolizador capaz de producir grandes cantidades de hidrógeno, para optimizar la eficiencia a una escala superior.
