Nuevo método para producir hidrógeno de modo más barato y simple

La producción de hidrógeno a partir del agua, mediante la electrólisis, siempre genera oxígeno. Ello acarrea tener que implementar un sistema de membranas que actúen como barreras para mantener separados ambos gases en todo momento, lo cual resulta muy aparatoso. Además, existe un riesgo de explosión si ambos gases entran en contacto.

Un equipo integrado, entre otros, por Esteban A. Toledo-Carrillo y Joydeep Dutta, ambos del Real Instituto de Tecnología (KTH) en Estocolmo, Suecia, ha ideado y probado un nuevo concepto para producir hidrógeno de forma más eficaz y segura.

En la electrólisis, una corriente eléctrica descompone las moléculas de agua en hidrógeno y oxígeno. Pero, a diferencia de los sistemas tradicionales, el nuevo método produce esos dos gases resultantes por separado y no simultáneamente, evitando así el riesgo de que entren en contacto. En los sistemas tradicionales, el hidrógeno debe separarse del oxígeno mediante barreras de membrana.

Otra ventaja del nuevo método es que no requiere emplear ciertos metales muy escasos en la Tierra, que sí son necesarios para los métodos tradicionales.

Un electrolizador alcalino típico tiene un electrodo positivo y otro negativo emparejados dentro de una cámara de agua alcalina, separados por una barrera permeable a los iones. Cuando se aplica una corriente eléctrica, el agua reacciona en el cátodo formando hidrógeno e iones de hidróxido cargados negativamente que se difunden a través de la barrera hasta el ánodo para producir oxígeno.

Pero la barrera provoca resistencia y, si la carga eléctrica fluctúa, aumenta el riesgo de que se produzca una mezcla explosiva entre el oxígeno y el hidrógeno.

Como en el nuevo sistema no existe ese riesgo de que se mezclen los gases, puede funcionar en una gama más amplia de corrientes eléctricas de entrada. Esto a su vez facilita el emplear como fuente de energía la solar o la eólica, limpias y renovables pero cuya generación eléctrica suele fluctuar.

En el nuevo sistema, se evita la producción simultánea de gases sustituyendo uno de los electrodos por un electrodo supercondensador de carbono. Estos electrodos almacenan y liberan iones alternativamente, separando eficazmente la producción de hidrógeno y la de oxígeno.

Esteban Toledo, del Real Instituto de Tecnología (KTH) en Estocolmo y miembro del equipo de investigación, trabajando en una de las primeras versiones del nuevo sistema. (Foto: David Callahan. CC BY)

Cuando el electrodo está cargado negativamente y produce hidrógeno, el supercondensador almacena iones de hidróxido (OH) ricos en energía. Cuando se cambia la dirección de la corriente, el supercondensador libera el OH absorbido y se produce oxígeno en el electrodo que ahora es positivo. Esta alternancia recuerda bastante a la de una pila recargable.

En las pruebas realizadas hasta ahora, el nuevo electrodo no ha mostrado ninguna degradación aparente pese a lo prolongado de dichas pruebas. Esto resulta muy prometedor de cara a la comercialización del sistema.

Toledo-Carrillo y sus colegas exponen los detalles técnicos de su nuevo sistema en la revista académica Science Advances, bajo el título "Decoupled Supercapacitive Electrolyzer for Membrane-Free Water Splitting". (Fuente: NCYT de Amazings)