Los investigadores de Stanford han ideado una forma de generar combustible de hidrógeno utilizando energía solar, electrodos y agua salada de la Bahía de San Francisco.
Los hallazgos, publicados el 18 de marzo en Actas de la Academia Nacional de Ciencias , demuestre una nueva forma de separar el hidrógeno y el gas oxígeno del agua de mar a través de la electricidad. Los métodos existentes de división del agua dependen del agua altamente purificada, que es un recurso precioso y costoso de producir.
Teóricamente, para alimentar ciudades y automóviles, "se necesita tanto hidrógeno que no es concebible usar agua purificada", dijeron Hongjie Dai, JG Jackson y profesor de química de CJ Wood en Stanford y coautor principal del artículo ".Apenas tenemos suficiente agua para nuestras necesidades actuales en California ".
El hidrógeno es una opción atractiva para el combustible porque no emite dióxido de carbono, dijo Dai. La quema de hidrógeno produce solo agua y debería ayudar a empeorar los problemas del cambio climático.
Dai dijo que su laboratorio mostró una prueba de concepto con una demostración, pero los investigadores dejarán que los fabricantes lo escalen y produzcan en masa el diseño.
lucha contra la corrosión
Como concepto, dividir el agua en hidrógeno y oxígeno con electricidad, llamada electrólisis, es una idea simple y antigua: una fuente de energía se conecta a dos electrodos colocados en el agua. Cuando se enciende, el gas hidrógeno sale del negativoextremo, llamado cátodo, y el oxígeno respirable emerge en el extremo positivo, el ánodo.
Pero el cloruro cargado negativamente en la sal de agua de mar puede corroer el extremo positivo, limitando la vida útil del sistema. Dai y su equipo querían encontrar una manera de evitar que esos componentes de agua de mar rompan los ánodos sumergidos.
Los investigadores descubrieron que si cubrían el ánodo con capas ricas en cargas negativas, las capas repelían el cloruro y ralentizaban la descomposición del metal subyacente.
Colocaron capas de hidróxido de níquel-hierro sobre sulfuro de níquel, que cubre un núcleo de espuma de níquel. La espuma de níquel actúa como un conductor, transportando electricidad desde la fuente de energía, y el hidróxido de níquel-hierro provoca la electrólisis, separando el aguaen oxígeno e hidrógeno. Durante la electrólisis, el sulfuro de níquel se convierte en una capa cargada negativamente que protege el ánodo. Así como los extremos negativos de dos imanes se empujan uno contra el otro, la capa cargada negativamente repele el cloruro y evita que llegue al núcleo metálico.
Sin el recubrimiento cargado negativamente, el ánodo solo funciona durante aproximadamente 12 horas en agua de mar, según Michael Kenney, un estudiante graduado en el laboratorio Dai y coautor principal del artículo. "Todo el electrodo se desmorona,"Kenney dijo." Pero con esta capa, puede durar más de mil horas ".
Los estudios anteriores que intentaban dividir el agua de mar para combustible de hidrógeno habían generado bajas cantidades de corriente eléctrica, porque la corrosión se produce a corrientes más altas. Pero Dai, Kenney y sus colegas pudieron conducir hasta 10 veces más electricidad a través de su dispositivo multicapa,que lo ayuda a generar hidrógeno a partir del agua de mar a un ritmo más rápido.
"Creo que establecimos un récord en la corriente para dividir el agua de mar", dijo Dai.
Los miembros del equipo realizaron la mayoría de sus pruebas en condiciones controladas de laboratorio, donde pudieron regular la cantidad de electricidad que ingresaba al sistema. Pero también diseñaron una máquina de demostración que funciona con energía solar que produce hidrógeno y gas oxígeno a partir del agua de mar recolectada en la Bahía de San Francisco.
Y sin el riesgo de corrosión de las sales, el dispositivo combinaba las tecnologías actuales que usan agua purificada. "Lo impresionante de este estudio fue que pudimos operar a corrientes eléctricas que son las mismas que se usan en la industria hoy en día,"Kenney dijo.
Sorprendentemente simple
Mirando hacia atrás, Dai y Kenney pueden ver la simplicidad de su diseño. "Si tuviéramos una bola de cristal hace tres años, se habría hecho en un mes", dijo Dai. Pero ahora que la receta básica está resuelta paraelectrólisis con agua de mar, el nuevo método abrirá puertas para aumentar la disponibilidad de combustible de hidrógeno alimentado por energía solar o eólica.
En el futuro, la tecnología podría usarse para fines más allá de la generación de energía. Dado que el proceso también produce oxígeno respirable, los buzos o submarinos podrían traer dispositivos al océano y generar oxígeno por debajo sin tener que salir a la superficie para obtener aire.
En términos de transferencia de tecnología, "uno podría usar estos elementos en los sistemas de electrolizadores existentes y eso podría ser bastante rápido", dijo Dai. "No es como comenzar desde cero, es más como comenzar desde 80 o 90 por ciento."
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Stanford . Original escrito por Erin I. García de Jesús. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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