Un nuevo sistema para obtener hidrógeno verde a partir de agua de mar. Esta es la idea sobre la que gira el estudio que ha desarrollado un equipo investigador de la Universidad de Pensilvania. El sistema integra tecnología de purificación de agua en un electrolizador de agua de mar que emplea corriente eléctrica para segregar el hidrógeno y el oxígeno de las moléculas de agua.
INDICE
División de agua, sus aplicaciones y las posibilidades que ofrece
El hidrógeno es un combustible con grandes propiedades. Como apunta Bruce Logan, profesor de Ingeniería Ambiental de Kappe, el hidrógeno es un gran combustible pero necesita ser generado. Por ahora, la única fórmula de producir hidrógeno y atender a la sostenibilidad es emplear energía renovable y obtenerlo del agua dulce. Otro aspecto esencial a atender sería el utilizar agua que no ofrezca otro uso, como el agua de mar.
División del agua del mar, un método que actualmente se emplea. La investigación, apunta hacia la innovación dentro de un sistema actualmente empleado, la división del agua de mar. Como refiere Logan, con la nueva modalidad planteada por los investigadores, se podría obtener un combustible con capacidad de almacenaje y que sea portátil.
El electrolizador tiene como finalidad lograr la separación de las moléculas de hidrógeno y oxígeno, presentes en el agua. Para ello, emplea electrodos conductores cuya corriente eléctrica, desencadena una reacción de carácter electroquímico. Como consecuencia de la reacción, se logra la descomposición en moléculas
La desalación del agua de mar, encarece el proceso de obtención de hidrógeno verde. A pesar del fácil acceso al agua de mar, no es empleada habitualmente en el proceso de división del agua. Es una excepción su uso y está esencialmente fundamentado en que se trate de agua desalada antes de la operación del electrolizador. Los iones de cloruro presentes en el líquido dan lugar a gas cloro que daña el material utilizado y, además, acaba en el medio ambiente.
Membrana de ósmosis inversa, una solución para la salinidad del agua de mar
Una membrana específica para evitar los problemas de la salinidad del agua de mar. Los electrolizadores emplean comúnmente una membrana de intercambio de iones, la cual ha sido sustituida en el estudio por una de ósmosis inversa. El equipo investigador, ha introducido una membrana semipermeable diseñada con el objetivo de purificar el líquido durante la operación.
En el electrolizador, el empuje del agua por la membrana es reemplazado por su contención. En esencia, se cambia la acción de propulsar el agua mediante presión a través de la membrana de ósmosis inversa por su contención. El papel que desempeña la membrana es ayudar a segregar las reacciones que tienen lugar próximo a los dos electrodos. Se encuentran sumergidos un ánodo de carga positiva, así como un cátodo con carga negativa.
Imagen 1. La imagen, recrea una comparativa entre la operación de movimiento de iones en el caso de una membrana de ósmosis inversa, ante el comportamiento de los iones en el caso de una membrana de intercambio catiónico. Como se observa, los iones de cloruro no pueden traspasar la membrana de ósmosis inversa y oxidarse en gas de cloro
Fuente: Logan Research Group
Los ánodos reciben energía procedente de una fuente de suministro externo. Con la recepción de la energía, las moléculas tienden a distanciarse en el ánodo, generando iones de hidrógeno y dando lugar a gas de oxígeno. Los iones de hidrógeno, denominados protones, se desplazan por la membrana, uniéndose a los electrones ubicados en el cátodo, generando gas de hidrógeno.
La introducción de la membrana de ósmosis inversa, evita el gas cloro. Al insertar la membrana, se consigue que el agua de mar quede en el área del cátodo. De igual modo, los iones de cloruro, por su tamaño, no pueden traspasar la membrana y alcanzar el ánodo. De esta forma, se logra prevenir la generación de gas de cloro.
Con la membrana de ósmosis inversa, los iones de cloruro no pueden alcanzar el ánodo
Protones diminutos que logran mantener una alta corriente eléctrica
En el proceso de división de agua, se produce la disolución de otras sales. Este fenómeno , tiene lugar para aumentar la conductividad. En el caso de las membranas de intercambio de iones, al realizar el filtrado de iones mediante carga eléctrica, facilita el acceso a los iones de sal. Sin embargo, en el caso de la membrana de ósmosis inversa, no permite su acceso.
El número de protones es esencial para mantener la corriente eléctrica. Como indica Logan, las membranas de ósmosis inversa logran inhibir el desplazamiento de la sal, sin embargo, para que exista corriente es necesario el movimiento de iones cargados entre los electrodos. Ante esta situación, fue imprescindible para el equipo investigador conocer si el número de protones era suficiente para el sostenimiento de una corriente eléctrica.
Los protones han resultado imprescindibles para el sostenimiento de la corriente eléctrica
Los investigadores tuvieron la dificultad de demostrar la valía del estudio. Logan expresa con una analogía simple el propósito de demostración de la capacidad del proyecto. En esencia es similar a mostrar cómo un camino secundario es en realidad una gran autopista. Así expresa que puede obtenerse una cantidad suficiente de corriente a pesar de que una membrana no facilita el movimiento de iones de sal.
Experimentación y futuras aplicaciones del sistema
Experimentación con modelos comerciales. Durante el estudio, se pusieron a prueba dos modelos de membranas de ósmosis inversa comercializadas y dos membranas de intercambio catiónico. En el caso de las últimas, se trata de un modelo de membrana de intercambio que facilita el tránsito de los iones con carga positiva.
Las membranas fueron puestas a prueba para valorar distintos parámetros. Se midió la resistencia de membrana respecto al tránsito de iones. Además, se evaluó la energía necesaria para el desarrollo de las reacciones, la generación tanto de hidrógeno como de oxígeno. Por último, se comprobó la acción mutua entre iones de cloruro y el desgaste producido por el proceso en la membrana.
La evaluación de las membranas se realizó conforme a múltiples factores como el desgaste producido
Las membranas de ósmosis inversa, ofrecieron distintos resultados. Siguiendo la analogía planteada, Logan refiere el desempeño de una de las membranas de ósmosis inversa, como “un camino de tierra”. Por el contrario, la otra membrana desarrolló un funcionamiento adecuado comparativamente con las membranas de intercambio catiónico. El equipo sigue trabajando para dilucidar qué ha condicionado la diferencia de comportamiento entre membranas
La financiación, clave para continuar la investigación. Logan indica que, a pesar de no conocer en qué se ha diferenciado el desarrollo de las membranas de ósmosis inversa, hallarán la explicación. La Fundación Nacional de Ciencias, más conocida como NSF por sus siglas en inglés, ha ofrecido una subvención de 300.000 dólares para el estudio. El pronóstico es que esta investigación ayude a la reducción de emisiones de carbono a nivel global.
Los investigadores consideran que la investigación puede ayudar a reducir las emisiones de carbono
Existe un interés a nivel mundial por el hidrógeno renovable. Logan refiere a Arabia Saudita como ejemplo de campo de aplicación del sistema en el que trabajan. Como señala, en este país se ha previsto una instalación de hidrógeno por un coste de 5.000 millones de dólares que empleará agua de mar. El sistema objeto de estudio podría ser empleado en estas instalaciones.
Conclusión
La clave de la sostenibilidad es el mayor aprovechamiento de los recursos posible. Ante esta concepción de los recursos como un bien limitado y escaso, encontrar una fórmula que nos permita una mejor gestión, es un reto. La tecnología y la innovación son las herramientas que permiten hacer de nuestro mundo un lugar más sostenible.
Trackbacks/Pingbacks