Convirtiendo agua en combustible limpio

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electrolisis de agua de mar

Los avances en la tecnología de la electrólisis acercan el agua de mar como combustible del futuro

Dan Esposito, un ingeniero químico de la Universidad de Columbia en Nueva York, coloca bajo una lámpara halógena su aparato generador de energía recién ensamblado. Lleno de agua salada, el dispositivo parece una olla de vidrio con una tapa negra adornada con cuatro pequeños paneles solares. Él conecta el cableado de los paneles a los electrodos sumergidos en el agua y enciende la lámpara. Casi de inmediato, comienzan a formarse pequeñas burbujas y flotan alrededor de los electrodos, como si el agua a su alrededor estuviera hirviendo.

El dispositivo de Esposito no es un artilugio de cocina, sino una herramienta de energía solar para extraer hidrógeno del agua. El recipiente de vidrio es solo un recipiente para agua, pero la tapa flotante negra es un prototipo de plataforma de combustible de hidrógeno.

El dispositivo real, que será miles de veces del tamaño del prototipo, podría algún día flotar en la superficie del océano, convirtiendo la energía solar en una corriente eléctrica que transforma el agua en oxígeno e hidrógeno. Si bien aún se encuentra en sus etapas iniciales, esta tecnología puede ser la solución al desafío de larga data de crear una fuente confiable y asequible de gas de hidrógeno.

"Hasta ahora, solo lo hicimos en entornos de laboratorio", dice Esposito. "Pero es un prototipo conceptual".

A diferencia de los combustibles fósiles a base de carbono, que generan dióxido de carbono como subproducto, el hidrógeno es un combustible de cero emisiones. Cuando se quema, todo lo que queda es agua. Según el Departamento de Energía de EE. UU., una celda de combustible de hidrógeno combinada con un motor eléctrico es de dos a tres veces más eficiente que un motor de gasolina.

Pero la extracción eficiente de hidrógeno de compuestos naturales como el metano o el agua ha sido un santo grial tecnológico.

Los científicos han estado tratando de romper el hidrógeno del agua durante más de un siglo. Un artículo de Scientific American de 1868 menciona la electrólisis del agua, junto con la energía eólica y otras ideas, como alternativas a los combustibles fósiles. Pero la electrólisis, en la cual una corriente eléctrica pasa a través del agua, requiere energía y la tecnología existente en ese momento no pudo extraer el hidrógeno a un costo económico. Además, los átomos separados de hidrógeno y oxígeno se recombinarán si se les permite, a menudo violentamente.

En el siglo XX los científicos desarrollaron dispositivos de electrólisis para el agua de mar que podían separar el hidrógeno del agua utilizando finas membranas. Pero estos artilugios eran propensos a obstrucción y bioincrustación.

"Los iones de magnesio y calcio precipitan y obstruyen los poros de las membranas, y los microbios y otras formas de vida se adhieren a ellos", explica Esposito. "Puedes purificarlos, pero agrega costos".

dispositivo de hidrógeno de Daniel EspositoPara resolver este problema, Esposito y su equipo han creado la primera plataforma de hidrógeno sin membrana de su tipo. En su diseño, los lados reactivos de los electrodos, que hacen el trabajo real de producir hidrógeno y oxígeno, se alejan uno del otro. A medida que se aplica la carga eléctrica y se produce la reacción de descomposición del agua, se forma hidrógeno en el electrodo negativo, mientras que el oxígeno se junta en el positivo, con ambos gases separados de forma natural el uno del otro.

Esta disposición mantiene los gases de hidrógeno y oxígeno lo suficientemente separados como para evitar que se recombinen en moléculas de agua. En cambio, las moléculas flotan a lo largo de los electrodos verticales, formando burbujas más grandes a medida que se elevan. En la parte superior, el hidrógeno se recoge en un recipiente mientras se expulsa el oxígeno a la atmósfera, posiblemente añadiendo un poco de aire fresco al laboratorio del sótano de Esposito.

Esposito dice que aún está lejos la producción comercial de hidrógeno en agua de mar, pero una vez que madure la tecnología, los aparejos flotantes funcionarían de manera similar a las plataformas petrolíferas, pero sin temor a derrames contaminantes.

Si opera cerca de la costa, el hidrógeno podría ser llevado a tierra en tuberías. Si la plataforma se encuentra en aguas profundas, el gas tendría que ser bombeado a tanques. Otra posibilidad, dice Esposito, es usar globos dirigibles o globos aerostáticos para liberar el gas, capitalizando la flotabilidad natural del hidrógeno.

Si quisiéramos utilizar la producción de hidrógeno costa afuera para reemplazar todo el petróleo que se usa en el mundo hoy en día, las plataformas flotantes tendrían que cubrir solo una pequeña fracción del océano mundial, unos 162.000 kilómetros cuadrados, dice Esposito. Eso es un poco más pequeño que Florida, y más grande que el estado de Nueva York, o aproximadamente el 0,032 por ciento de la superficie de nuestro planeta.

"Eso es todo lo que necesitas para alimentar el planeta con agua de mar y sol", dice Esposito.

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