Resuelto el problema de la producción de hidrógeno por electrólisis directa del agua de mar: lo obtienen a bajo coste y sin desalinizar

Recientemente, Xie Heping, académico de la Academia China de Ingeniería, y su equipo de doctorado de la Universidad de Shenzhen y la Universidad de Sichuan, publicaron un artículo en la revista Nature Research Results.

Por primera vez, este estudio estableció un nuevo principio y tecnología para la electrólisis directa in situ de hidrógeno sin desalinización impulsada por la migración de cambio de fase a partir de una nueva idea de combinar la mecánica física y la electroquímica.

Esta investigación adoptó un nuevo enfoque, aislando completamente los iones de agua de mar y, al mismo tiempo, logró un gran avance en la electrólisis directa in situ de alta eficiencia del agua de mar sin proceso de desalinización, sin reacciones secundarias y sin consumo de energía adicional.

Esto ha resuelto el problema de la producción de hidrógeno por electrólisis directa del agua de mar, y se espera que forme la industria estratégica emergente global original de "hidrógeno verde oceánico" de China.

Problemas de corrosión

Los revisores de la revista "Nature" comentaron sobre los resultados: "Pocos artículos pueden lograr de manera convincente una producción de hidrógeno estable y a gran escala a partir del agua de mar, pero el trabajo de este artículo hace exactamente eso. Resuelven perfectamente el problema a largo plazo de la corrosión dañina".

"Los problemas que plagan el campo de la producción de hidrógeno a partir del agua de mar abrirán la puerta a la producción de combustible de bajo costo y, con suerte, impulsarán el cambio hacia un mundo más sostenible", dicen los revisores de la revista Nature.

Según los informes, la energía de hidrógeno verde sin carbono es una dirección importante para el desarrollo energético futuro. El océano es la mina de hidrógeno más grande de la tierra, y obtener agua del océano es una dirección importante para el desarrollo de la energía del hidrógeno en el futuro.

Sin embargo, la composición compleja del agua de mar (alrededor de 92 elementos químicos) genera muchas dificultades y desafíos en la producción de hidrógeno a partir del agua de mar.

La desalinización

La desalinización seguida primero por la producción de hidrógeno es un camino tecnológico de producción de hidrógeno de agua de mar relativamente maduro, y se han llevado a cabo proyectos de demostración a gran escala en muchos países del mundo.

Sin embargo, este tipo de tecnología se basa en gran medida en equipos de desalinización a gran escala, el proceso es complejo y ocupa una gran cantidad de recursos terrestres, lo que aumenta aún más el costo de producción de hidrógeno y la dificultad de la ingeniería de construcción.

A principios de la década de 1970, algunos científicos propusieron si el agua de mar se puede electrolizar directamente para producir hidrógeno. Durante medio siglo, muchos equipos de investigación de renombre en China y en el extranjero han llevado a cabo una gran cantidad de exploración e investigación a través de la ingeniería de catalizadores, la ciencia de materiales de membrana y otros medios, con el objetivo de resolver las reacciones secundarias de la evolución del cloro, la precipitación de calcio y magnesio, y desactivación de catalizadores frente a la producción directa de hidrógeno electrolítico a partir de agua de mar.

Diferentes componentes

Sin embargo, no ha habido una teoría y un principio revolucionarios que puedan evitar por completo la influencia de los componentes complejos del agua de mar en la producción de hidrógeno electrolítico.

El académico Xie Heping presentó una nueva idea de combinar la mecánica física y la electroquímica para resolver los problemas y desafíos que enfrenta la electrólisis directa del agua de mar para la producción de hidrógeno, creando así un nuevo principio y tecnología para la electrólisis directa in situ del hidrógeno sin desalinización de agua de mar.

Este logro combina hábilmente procesos físicos y mecánicos como la difusión molecular y el equilibrio de fase interfacial con reacciones electroquímicas para establecer un modelo teórico para la electrólisis directa del hidrógeno del agua de mar impulsada por la migración de cambio de fase, revelando el impacto de la diferencia de presión interfacial en el agua de mar a escala micrométrica.

Primera tecnología

El mecanismo de influencia del cambio de fase espontáneo y la transferencia de masa forma un método dinámico de producción de hidrógeno electrolítico autorregulador y estable en el que las reacciones electroquímicas cooperan con la migración del agua de mar, y resuelve el problema de medio siglo de la corrosión dañina, que ha plagado el campo de la producción de hidrógeno electrolítico de agua de mar.

Al mismo tiempo, el equipo del académico Xie Heping desarrolló la primera tecnología y equipo de producción de hidrógeno por electrólisis directa in situ de agua de mar de 400 l/h del mundo, que se ha operado de forma continua durante más de 3200 horas en el agua de mar de la bahía de Shenzhen, logrando una producción estable y a gran escala.

Además, el equipo de investigación siguió desarrollando electrolitos de gel sólido ácido y alcalino para demostrar que la estrategia de migración de cambio de fase es adecuada para diferentes materiales electrolíticos, y se espera que acompañe el desarrollo iterativo de las tecnologías de electrólisis PEM y AEM.

Se informa que esta tecnología principal se puede explorar y extender a la producción directa de hidrógeno in situ de recursos hídricos diversificados, como agua de río, aguas residuales y lagos salados, proporcionando una nueva idea para la utilización de efectos múltiples para el enriquecimiento de recursos y la producción de energía.