Produce H2 con una pureza de hasta el 99 por ciento
Un equipo de investigación de Columbia Engineering en los EE. UU. ha desarrollado un novedoso dispositivo de electrólisis con energía fotovoltaica que puede funcionar como una plataforma independiente que flota en aguas abiertas. La electrólisis, la división del agua en oxígeno (O2) e hidrógeno (H2), se puede utilizar como una forma de convertir la electricidad de la energía fotovoltaica (PV) en combustible de hidrógeno almacenable.
La gran mayoría del hidrógeno actual se produce a partir del gas natural mediante un proceso llamado reformado de metano con vapor que libera simultáneamente CO2, pero la electrólisis del agua que utiliza electricidad de la energía solar fotovoltaica ofrece una prometedora ruta para producir H2 sin ninguna emisión de CO2 asociada.
El equipo del Dr. Daniel Esposito ha desarrollado un dispositivo que dicen que puede considerarse como una "plataforma de combustibles solares" que se parece a las plataformas petrolíferas de aguas profundas, excepto que produciría hidrógeno y agua de la luz solar en lugar de extraer petróleo bajo el fondo del mar.
La innovación clave de los investigadores es el método por el cual separan los gases H2 y O2 producidos por la electrólisis del agua. Los electrolizadores de última generación usan costosas membranas para mantener la separación de estos dos gases. El dispositivo de Columbia Engineering se basa en cambio en una novedosa configuración de electrodos que permite que los gases se separen y se recojan mediante la flotabilidad de las burbujas en el agua. El diseño permite un funcionamiento eficiente con alta pureza del producto y sin bombeo activo del electrolito. Basado en el concepto de separación inducida por flotación, la arquitectura de electrolizador simple produce H2 con una pureza de hasta el 99 por ciento.
Los electrolizadores comerciales dependen de una membrana, o divisor, para separar los electrodos dentro del dispositivo a partir del cual se producen los gases H2 y O2. La mayor parte de la investigación para dispositivos de electrólisis se ha centrado en dispositivos que incorporan una membrana. Estas membranas y divisores son propensos a la degradación y al fallo, y requieren una fuente de agua de alta pureza. El agua de mar contiene impurezas y microorganismos que pueden destruir fácilmente estas membranas.
Crucial para la operación del electrolizador PV de Esposito (cuyo Laboratorio de ingeniería de combustibles solares desarrolla tecnologías solares y electroquímicos que convierten la energía solar renovable y abundante en combustibles químicos almacenables) es una nueva configuración de electrodo que comprende electrodos de flujo de malla que están recubiertos con un catalizador solo en un lado. Estos electrodos asimétricos promueven la evolución de los productos gaseosos H2 y O2 solo en las superficies externas de los electrodos donde se han depositado los catalizadores. Cuando las burbujas crecientes de H2 y O2 se vuelven lo suficientemente grandes, su flotabilidad hace que se despeguen de las superficies de los electrodos y floten hacia arriba en cámaras colectoras separadas.
El equipo está perfeccionando su diseño para una operación más eficiente en agua de mar real, lo que plantea desafíos adicionales en comparación con los electrolitos acuosos más ideales utilizados en sus estudios de laboratorio. También planean desarrollar diseños modulares que puedan usarse para construir sistemas más grandes y ampliados.
Artículo científico: Floating membraneless PV-electrolyzer based on buoyancy-driven product separation
