La forma más sostenible de fabricar hidrógeno es dividir el agua con electricidad renovable, pero para ello es necesario tener acceso al agua dulce. Ahora, los investigadores han descubierto una forma de fabricar hidrógeno a partir de la humedad del aire.
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Las pruebas del prototipo de electrolizador de aire directo durante 12 días consecutivos demostraron que podía producir casi 750 litros de hidrógeno al día de media por metro cuadrado de electrolizador. Li y sus colegas publicaron los detalles en la revista Nature Communications.
El hidrógeno ofrece la perspectiva de una energía limpia y sin emisiones, y la economía del hidrógeno ha cobrado impulso en los últimos años gracias al aumento de la financiación y a las mejoras tecnológicas. Pero la mayor parte del hidrógeno que se produce hoy en día en el mundo se sigue obteniendo a partir de gas natural o carbón. El hidrógeno verde procedente de la electrólisis es todavía una tecnología incipiente debido a la necesidad de electrolizadores a gran escala.
Muchos equipos están trabajando en formas alternativas de producir hidrógeno verde. Los dispositivos de separación de agua por energía solar, por ejemplo, utilizan fotocatalizadores, que absorben la luz solar para dividir el agua en hidrógeno y oxígeno, pero tienen una baja eficiencia de conversión de energía solar en hidrógeno, de sólo el 1%. Para superar la necesidad del agua dulce, se ha intentado producir hidrógeno a partir de aguas salinas y salobres, pero los dispositivos tienen que lidiar con la contaminación y el cloro como subproducto.
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Li y sus colegas decidieron utilizar la humedad del aire como fuente de agua. En todo el mundo hay casi 13 billones de toneladas de agua en el aire en todo momento, dicen, e incluso los entornos secos, como la extensa región del Sahel en África, tienen una humedad relativa media del 20%.
Para aprovechar esa humedad, los investigadores empaparon una esponja o espuma con un líquido electrolítico que absorbe el agua y la intercalaron entre dos electrodos. «El agua extraída por el electrolito se transporta espontáneamente a los electrodos por fuerza capilar y se electroliza en hidrógeno en el cátodo y en oxígeno en el ánodo», explica Li. «Todo el proceso es pasivo y no intervienen piezas móviles ni mecánicas».
Los investigadores demostraron el uso tanto de paneles solares como de una pequeña turbina eólica para alimentar el módulo. Probaron el prototipo tanto en el interior como en el exterior en el caluroso y seco verano de Melbourne. La eficiencia de conversión de energía solar en hidrógeno del dispositivo es superior al 15%, afirma Li.
Para las pruebas en exteriores, conectaron cinco electrolizadores en paralelo, que, alimentados con energía solar, produjeron 745 L de hidrógeno por metro cuadrado al día, suficiente para calentar una casa. También dejaron que el prototipo funcionara solo durante ocho meses para demostrar su durabilidad.
El prototipo tiene ahora mismo sólo unos pocos centímetros cuadrados de superficie. Pero a lo largo del próximo año, con la financiación de los inversores, el equipo planea fabricar electrolizadores más grandes, con áreas de electrodos de 10 metros cuadrados, dice Li. También están mejorando la receta del electrolito para aumentar aún más la eficiencia energética y la producción, dice.
Tanto la eficiencia como la producción no deberían verse afectadas cuando se amplíe el dispositivo. Pero el principal reto al que se enfrenta el equipo es encontrar los materiales adecuados para el electrolizador, afirma. «¿Cómo podemos hacerlo más barato y mejor?».
