El avance en descomposición del agua es una promesa para la energía renovable asequible

El uso de energía solar y eólica cuando está disponible para la división del agua, un proceso que utiliza electricidad para dividir H2O en hidrógeno y oxígeno, ofrece una forma de almacenar energía en forma de combustible de hidrógeno.

Actualmente, el sistema más popular utilizado para la división del agua, o electrólisis del agua, se basa en metales preciosos como catalizadores, pero un equipo de investigación colaborativo, que incluye científicos del Laboratorio Nacional de Los Alamos y la Universidad Estatal de Washington, ha desarrollado un sistema que utiliza menos costoso y más abundante. materiales Describen el avance en un artículo publicado en Nature Energy el 9 de marzo.

“El sistema actual de electrólisis del agua utiliza un catalizador muy costoso. 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.

La mayor parte de la división del agua en la actualidad se lleva a cabo utilizando un equipo llamado electrolizador de agua con membrana de intercambio de protones, que genera hidrógeno a una alta tasa de producción. Es costoso y funciona en condiciones muy ácidas, requiere catalizadores de metales preciosos como platino e iridio, así como placas de metal resistentes a la corrosión hechas de titanio.

El equipo de investigación trabajó para resolver este problema dividiendo el agua en condiciones alcalinas o básicas con un electrolizador de membrana de intercambio aniónico. Este tipo de electrolizador 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 que son 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 une 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 aumentó 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 costoso.

Actualmente se producen alrededor de 10 millones de toneladas métricas de hidrógeno en los Estados Unidos cada año, principalmente mediante el uso de gas natural en un proceso llamado reforma de gas natural, según el Departamento de Energía de Estados Unidos. El hidrógeno producido a partir de un proceso de división del agua que funciona con electricidad a partir de energía renovable tiene muchos beneficios económicos y ambientales, dijo Lin.

"La división del agua es una tecnología limpia, pero se necesita electricidad para hacerlo", dijo Lin, quien también es un autor correspondiente del 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 día, podemos usar energía adicional para convertirla en otra cosa, como hidrógeno, eso es muy prometedor ".

Se espera que el mercado global 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 los sistemas de electrólisis del agua.

Además de Los Alamos y WSU, los investigadores de Pajarito Powder y Sandia National Laboratories también contribuyeron a este trabajo. Esta investigación fue apoyada por el Consorcio de Materiales Avanzados de Separación de Agua HydroGen establecido bajo el Departamento de Energía de EE. UU. Y el programa JCDREAM del estado de Washington.