Electrólisis de agua de mar sin degradación de los electrodos

La electrólisis del agua es una tecnología que produce hidrógeno, una fuente limpia de energía, mediante la disociación del agua en sus dos componentes. Recientemente, ante la creciente escasez de agua dulce en muchas partes del mundo, la electrólisis del agua de mar ha cobrado relevancia como una alternativa sostenible prometedora.

Sin embargo, la electrólisis del agua de mar se ha considerado a menudo ineficiente debido a que los precipitados formados por los iones de magnesio y calcio presentes en el agua de mar se acumulan en las superficies de los electrodos, lo que provoca una degradación rápida del rendimiento. Además, la producción continua de hidrógeno es difícil, ya que los precipitados depositados deben eliminarse mediante lavado ácido o limpieza mecánica.

Buscando solucionar este problema, un equipo encabezado por Ji-Hyung Han, del Instituto de Investigación Energética de Corea del Sur (KIER), ha desarrollado un sistema de electrólisis dotado con una nueva arquitectura de electrodos que se turnan. Un diseño que es el primero de su tipo que se ha ideado en el mundo. Mientras un electrodo produce hidrógeno y acumula precipitados, el otro, donde ya se han acumulado precipitados, detiene temporalmente su producción de hidrógeno y disuelve los depósitos valiéndose de la propia agua de mar que se acidifica de manera espontánea durante el funcionamiento del sistema.

Una vez disueltos por completo los precipitados, los dos electrodos intercambian sus funciones. Esto permite que la producción de hidrógeno y la eliminación de precipitados se realicen simultáneamente. Mediante experimentos, los investigadores confirmaron que, simplemente alternando la función de los electrodos cada 48 horas, la formación y eliminación completa de precipitados es un ciclo que puede repetirse continuamente.

Prototipo del nuevo sistema de electrólisis. (Foto: KIER (Korea Institute Of Energy Research))

Los investigadores comprobaron que en los sistemas convencionales de electrólisis de agua de mar, los que carecen de electrodo de relevo, el consumo de energía aumentó aproximadamente un 27 por ciento tras 200 horas de funcionamiento, debido a la acumulación de precipitados. En cambio, el sistema desarrollado por el equipo de investigación mostró un aumento de tan solo el 1,8 por ciento en el consumo de energía, incluso tras más de 400 horas de funcionamiento, ofreciendo un rendimiento 15 veces superior al de los sistemas sin electrodo de relevo.

Además, tras 400 horas de funcionamiento, la obtención de hidrógeno disminuyó solo un 20 por ciento respecto a su nivel inicial, demostrando una estabilidad superior en comparación con la del sistema sin electrodo de relevo, que sufrió una disminución del 53 por ciento en su producción de hidrógeno.

Ji-Hyung Han y sus colegas exponen los detalles técnicos de su nuevo sistema de electrólisis de agua de mar en la revista académica Chemical Engineering Journal, bajo el título “Self-cleaning dual cathode for enhanced durability of bipolar membrane-based direct seawater electrolysis”. La investigación ha contado con el apoyo del Consejo Nacional de Investigación en Ciencia y Tecnología de Corea del Sur. (Fuente: NCYT de Amazings)