- Científicos chinos desarrollan un sistema de 250 kilovatios que produce hidrógeno y agua dulce a partir de agua de mar.
- La eficiencia de uso eléctrico del sistema es un 14,4 % superior a la de la electrólisis alcalina tradicional.
- El sistema puede producir suficiente agua dulce para alimentar el electrolizador y recuperar recursos marinos.
- Los investigadores planean mejorar aún más los catalizadores y la recuperación del calor residual del electrolizador.
Científicos chinos han desarrollado un sistema de 250 kilovatios capaz de producir hidrógeno y agua dulce a partir de agua de mar, recuperando al mismo tiempo valiosos recursos marinos. Según un nuevo estudio, la eficiencia de uso eléctrico del dispositivo es un 14,4 % superior a la de la electrólisis alcalina tradicional del agua. La investigación, dirigida por Deng Dehui y Liu Yanting del Instituto de Física Química de Dalian de la Academia China de Ciencias, tiene como objetivo resolver los principales problemas de la producción de hidrógeno a partir de agua de mar. Los investigadores combinaron los procesos de electrólisis y desalinización, de modo que el calor que normalmente se desperdicia durante la producción de hidrógeno pueda reutilizarse.
El hidrógeno producido con electricidad renovable se está explorando como una fuente de energía más limpia. El uso de agua de mar puede proporcionar una fuente de agua abundante, pero la electrólisis directa de agua de mar plantea múltiples problemas técnicos. Los iones de cloro en el agua de mar pueden reaccionar en el ánodo y corroer los electrodos, mientras que los iones de calcio y magnesio pueden formar depósitos minerales en el cátodo, reduciendo su rendimiento con el tiempo. Un segundo método consiste en eliminar primero la sal del agua de mar y luego utilizar el agua dulce resultante para la electrólisis. La ósmosis inversa y la destilación pueden generar una fuente de agua adecuada, pero la desalinización aumenta los requisitos de equipo y la demanda de electricidad.
Combinación de tecnologías de electrólisis y desalinización
Basándose en este método, los investigadores buscaron una solución para recuperar la energía que normalmente se pierde en el proceso. Los sistemas comerciales de electrólisis operan a temperaturas de aproximadamente 176 a 194 grados Fahrenheit (80 a 90 grados Celsius). A estas temperaturas, alrededor del 30 % de la electricidad puede convertirse en calor residual de baja calidad. Los investigadores conectaron el electrolizador con una unidad de desalinización para capturar este calor. El calor residual se dirige a una torre de destilación al vacío, lo que permite que el agua de mar hierva y se evapore a tan solo 104 a 122 grados Fahrenheit (40 a 50 grados Celsius), y el vapor generado se condensa en agua dulce.
La Academia China de Ciencias afirma que el sistema puede producir suficiente agua para alimentar el electrolizador, dejando además agua dulce adicional disponible. El agua de mar concentrada también puede procesarse posteriormente para recuperar sal, uranio, bromo y otros recursos marinos.
Rendimiento y producción del sistema
Esta investigación se basa en la unidad de 25 kilovatios que el equipo desarrolló en 2023. El sistema utiliza la misma tecnología de desalinización y recibió una calificación de «liderazgo internacional» de la Federación de la Industria Petrolera y Química de China. Los investigadores han escalado ahora el diseño a 250 kilovatios; esta instalación de mayor tamaño puede producir anualmente 380 000 metros cúbicos estándar (aproximadamente 13,4 millones de pies cúbicos estándar) de hidrógeno con una pureza de hasta el 99,99 %. La instalación también puede producir 256 toneladas métricas (aproximadamente 282 toneladas estadounidenses) de agua dulce al año.
Durante las pruebas, el sistema funcionó durante 40 días con arranques y paradas diarios, sin mostrar una degradación significativa del rendimiento.
El estudio reveló que la eficiencia de utilización eléctrica del sistema integrado es un 14,4 % superior a la de la electrólisis alcalina tradicional del agua. Los investigadores también señalaron que la competitividad del sistema podría ser superior a la de la electrólisis convencional tras desalinización de agua de mar. Cuando el precio de la electricidad procedente de energía eólica terrestre es de 0,033 HK$ por kilovatio hora, se prevé que el coste de producción de hidrógeno sea de 2,10 US$ por kilogramo (aproximadamente 16 HK$); cuando el coste de la electricidad solar es de 0,049 HK$ por kilovatio hora, el coste sube a 2,90 US$ por kilogramo (aproximadamente 22 HK$).
Estos datos se compararon con el precio de venta actual del hidrógeno, de aproximadamente 3,90 US$ por kilogramo (aproximadamente 30 HK$). Deng Dehui indicó que el trabajo futuro debería centrarse en mejores catalizadores, una mejor recuperación del calor residual del electrolizador y la optimización de los parámetros operativos basada en inteligencia artificial, para aumentar aún más la eficiencia del sistema. El estudio se ha publicado en la revista Nature Energy.
Ítem Especificación Potencia 250 千瓦 Producción anual de hidrógeno 380,000 標準立方米 Producción anual de agua dulce 256 公噸 Pureza del hidrógeno 99.99%
Avances y desafíos de la tecnología de electrólisis de agua de mar
El sistema de electrólisis de agua de mar de 250 kilovatios desarrollado por científicos chinos demuestra el potencial de combinar tecnologías de electrólisis y desalinización, permitiendo el uso eficaz de los recursos de agua de mar para producir hidrógeno y agua dulce. Esta tecnología no solo mejora la eficiencia de uso eléctrico, sino que también permite recuperar recursos marinos, lo que tiene una gran importancia para resolver los problemas de escasez de energía y recursos hídricos. Sin embargo, la electrólisis de agua de mar aún enfrenta desafíos técnicos, como la corrosión por iones de cloro y la formación de depósitos minerales. La investigación futura debe centrarse en mejorar los catalizadores y optimizar el funcionamiento del sistema para aumentar aún más su competitividad comercial.