El poder del sol, el viento y el mar pronto pueden combinarse para producir combustible de hidrógeno de combustión limpia, según un equipo de investigadores de Penn State. El equipo integró la tecnología de purificación de agua en un nuevo diseño de prueba de concepto para un agua de marelectrolizador, que utiliza una corriente eléctrica para separar el hidrógeno y el oxígeno en las moléculas de agua.
Este nuevo método para la "división del agua de mar" podría facilitar la conversión de la energía eólica y solar en un combustible almacenable y portátil, según Bruce Logan, profesor de Ingeniería Ambiental de Kappe y profesor de la Universidad Evan Pugh.
"El hidrógeno es un gran combustible, pero tienes que fabricarlo", dijo Logan. "La única forma sostenible de hacerlo es utilizar energía renovable y producirla a partir del agua. También necesitas utilizar agua que la gente no quiereusar para otras cosas, y esa sería agua de mar. Por lo tanto, el santo grial de producir hidrógeno sería combinar el agua de mar y la energía eólica y solar que se encuentra en entornos costeros y marinos ".
A pesar de la abundancia de agua de mar, no se usa comúnmente para dividir el agua. A menos que el agua se desalinice antes de ingresar al electrolizador, un paso adicional costoso, los iones de cloruro en el agua de mar se convierten en gas cloro tóxico, que se degradael equipo y se filtra en el medio ambiente.
Para evitar esto, los investigadores insertaron una membrana delgada y semipermeable, desarrollada originalmente para purificar el agua en el proceso de tratamiento de ósmosis inversa RO. La membrana de RO reemplazó a la membrana de intercambio iónico que se usa comúnmente en los electrolizadores.
"La idea detrás de la RO es que se ejerce una presión muy alta sobre el agua y se la empuja a través de la membrana y se mantienen los iones de cloruro", dijo Logan.
En un electrolizador, el agua de mar ya no sería empujada a través de la membrana de ósmosis inversa, sino contenida por ella. Se usa una membrana para ayudar a separar las reacciones que ocurren cerca de dos electrodos sumergidos - un ánodo con carga positiva y un cátodo con carga negativa -- conectado por una fuente de energía externa. Cuando se enciende la energía, las moléculas de agua comienzan a dividirse en el ánodo, liberando iones de hidrógeno diminutos llamados protones y creando gas oxígeno. Los protones luego pasan a través de la membrana y se combinan con los electrones en el cátodo para formargas de hidrogeno.
Con la membrana de RO insertada, el agua de mar se mantiene en el lado del cátodo y los iones de cloruro son demasiado grandes para pasar a través de la membrana y llegar al ánodo, evitando la producción de cloro gaseoso.
Pero en la división del agua, señaló Logan, otras sales se disuelven intencionalmente en el agua para ayudar a que sea conductora. La membrana de intercambio iónico, que filtra los iones por carga eléctrica, permite que los iones de sal pasen a través. La membrana de ósmosis inversa no.
"Las membranas de RO inhiben el movimiento de la sal, pero la única forma de generar corriente en un circuito es porque los iones cargados en el agua se mueven entre dos electrodos", dijo Logan.
Con el movimiento de los iones más grandes restringido por la membrana de RO, los investigadores necesitaban ver si había suficientes protones diminutos moviéndose a través de los poros para mantener una corriente eléctrica alta.
"Básicamente, teníamos que demostrar que lo que parecía un camino de tierra podía ser una interestatal", dijo Logan. "Teníamos que demostrar que podíamos hacer pasar una gran cantidad de corriente a través de dos electrodos cuando había una membrana entre ellos queno permitiría que los iones de sal se movieran hacia adelante y hacia atrás. "
A través de una serie de experimentos publicados recientemente en Ciencias de la energía y el medio ambiente , los investigadores probaron dos membranas de ósmosis inversa disponibles comercialmente y dos membranas de intercambio catiónico, un tipo de membrana de intercambio iónico que permite el movimiento de todos los iones cargados positivamente en el sistema.
Cada uno se probó para determinar la resistencia de la membrana al movimiento de los iones, la cantidad de energía necesaria para completar las reacciones, la producción de gas de hidrógeno y oxígeno, la interacción con los iones de cloruro y el deterioro de la membrana.
Logan explicó que si bien una membrana de RO resultó ser un "camino de tierra", la otra funcionó bien en comparación con las membranas de intercambio catiónico. Los investigadores todavía están investigando por qué había tal diferencia entre las dos membranas de RO.
"La idea puede funcionar", dijo. "No sabemos exactamente por qué estas dos membranas han estado funcionando de manera tan diferente, pero eso es algo que vamos a averiguar".
Recientemente, los investigadores recibieron una subvención de $ 300,000 de la National Science Foundation NSF para continuar investigando la electrólisis del agua de mar. Logan espera que su investigación desempeñe un papel fundamental en la reducción de las emisiones de dióxido de carbono en todo el mundo.
"El mundo está buscando hidrógeno renovable", dijo. "Por ejemplo, Arabia Saudita ha planeado construir una instalación de hidrógeno de $ 5 mil millones que utilizará agua de mar. En este momento, tienen que desalinizar el agua. Tal vezpuede utilizar este método en su lugar. "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Penn State . Original escrito por Tim Schley. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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