Científicos logran extraer hidrógeno verde del aire sin necesidad de agua. Los módulos de electrólisis de aire directo podían producir gases de hidrógeno con éxito a un nivel muy bajo de humedad relativa.
El avance, liderado por un equipo de la Universidad de Melbourne, allana el camino para producir hidrógeno renovable sin necesidad de consumir agua potable.
En un estudio publicado en Nature Communications , el dispositivo prototipo, que absorbe la humedad del aire y la divide en hidrógeno y oxígeno, funciona con energía solar y eólica.
Los investigadores prueban su prototipo de electrolizador bajo un rango de niveles de humedad relativa, que van desde el 4%, y descubren que produce hidrógeno de alta pureza de manera constante, en un caso durante un período de más de 12 días consecutivos, sin ninguna entrada de agua.
Esto es importante, porque la tecnología actual de electrolizadores de hidrógeno generalmente requiere acceso a recursos cada vez más limitados de agua pura, mientras que este dispositivo, dicen los investigadores, podría escalarse para proporcionar combustible en regiones remotas, áridas y semiáridas.
Por ejemplo, señala el equipo, incluso en la región del Sahel en el oeste y centro del norte de África tiene una humedad relativa promedio de alrededor del 20 %, mientras que la humedad relativa promedio durante el día en Uluru, en el desierto central de Australia, es del 21 %.
¿Como funciona?
El módulo de electrólisis de aire directo (DAE) del equipo está compuesto por una unidad de recolección de agua en el medio y electrodos en ambos lados, emparejados con colectores de gas e integrados con una fuente de alimentación renovable; en este caso, muchas de las pruebas se realizaron utilizando solar.
Luego, un medio poroso, como una esponja de melamina, se empapa con una sustancia higroscópica (o que atrae el agua) para absorber la humedad del aire a través de las superficies expuestas.
El equipo probó una variedad de materiales higroscópicos, incluidos acetato de potasio, hidróxido de potasio y ácido sulfúrico, y descubrió que los tres materiales absorbían espontáneamente la humedad del aire y formaban electrolitos iónicos.
Descubrió que los módulos de electrólisis de aire directo podían producir gases de hidrógeno con éxito a un nivel muy bajo de humedad relativa, o a una humedad más alta durante un período de más de 12 días, con un suministro continuo de aire y energía.
Prototipo
Se ha diseñado un prototipo de energía solar con cinco electrolizadores en paralelo para trabajar al aire libre, consiguiendo una tasa media de generación de hidrógeno de 745 L por día−1 m−2 de cátodo; y también se ha demostrado un prototipo impulsado por el viento, dice el equipo.
“Pocos estudios han intentado mitigar la escasez de agua para la electrólisis”, dicen los autores del informe, dirigidos por Jining Guo, Yuecheng Zhang, Ali Zavabeti y Kaifei Chen.
“La división salina directa puede producir hidrógeno, que, sin embargo, enfrenta un serio desafío al manejar el subproducto del cloro”, agregan, y señalan que otros métodos probados han resultado en hidrógeno de baja pureza.
“En este trabajo, corroboramos que la humedad del aire puede utilizarse directamente para la producción de hidrógeno mediante electrólisis, debido a su disponibilidad universal e inagotabilidad natural: hay 12,9 billones de toneladas de agua en el aire en cualquier momento”, dice el informe.
“Teniendo en cuenta… que materiales como el hidróxido de potasio, el ácido sulfúrico y el propilenglicol pueden absorber el vapor de agua de un aire completamente seco, aquí demostramos un método para producir hidrógeno de alta pureza electrolizando electrolitos higroscópicos in situ expuestos al aire. Este trabajo abre un camino sostenible para producir hidrógeno verde sin consumir agua líquida”.