Hidrógeno verde a partir del agua de mar
Electrólisis con agua de mar sin tratar: el Fraunhofer prueba materiales y membranas
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El agua de mar y el agua salobre podrían servir como fuentes alternativas de agua para la producción de hidrógeno. El reto radica en que los electrolizadores convencionales requieren agua de alta pureza, lo que exige un tratamiento exhaustivo. En el proyecto SeaEly, el Instituto Fraunhofer de Sistemas de Energía Eólica (IWES) y el Instituto Fraunhofer de Tecnología de Fabricación y Materiales Avanzados (IFAM) investigaron en qué medida el agua de mar y el agua salobre son adecuadas para la producción de hidrógeno y qué infraestructura de ensayo y evaluación se necesita.
El uso directo de agua de mar o salobre resulta especialmente prometedor para aplicaciones costeras y en alta mar. La conversión directa de la electricidad generada por los aerogeneradores en hidrógeno crea un vector energético almacenable y transportable que puede utilizarse como materia prima química, para el suministro de energía o para la producción de amoníaco y combustibles sintéticos. Coordinado por el Fraunhofer IWES, el proyecto de investigación conjunto SeaEly investigó la electrólisis directa del agua de mar y el agua salobre para producir hidrógeno y oxígeno entre octubre de 2022 y marzo de 2026, en el marco del concurso de ideas «República del Hidrógeno de Alemania». Además del Fraunhofer IWES y el Fraunhofer IFAM, entre los participantes se encontraban la Universidad Técnica de Berlín, Whitecell Eisenhuth GmbH & Co. KG y el Instituto de Economía Marítima y Logística. El proyecto fue financiado por el Ministerio Federal de Investigación, Tecnología y Espacio de Alemania (BMFTR).
¿Menos procesamiento, menores costes?
«La idea era determinar qué grado de pureza debe tener el agua de mar para poder utilizarla directamente en la electrólisis sin sobrecargar los equipos», explica Nadine Menzel, jefa del grupo de Electroquímica y Análisis del Laboratorio de Hidrógeno de Fraunhofer IWES en Leuna. SeaEly se diseñó para determinar en qué medida el agua de mar podría sustituir al agua potable y al agua de proceso en la electrólisis. «En el Fraunhofer IFAM, desarrollamos nuevas membranas para la electrólisis de agua de mar sin tratar y las probamos en un banco de pruebas electroquímico modular», explica Andreas Brinkmann, investigador del departamento de Adhesión e Investigación Interfacial del Fraunhofer IFAM.
El banco de pruebas permite exponer los materiales a diversas condiciones de funcionamiento y analizarlos posteriormente en detalle. Esto permite identificar depósitos, cambios superficiales, corrosión y procesos de envejecimiento. La combinación del desarrollo de materiales con los ensayos proporciona, por tanto, una base sólida para evaluar de forma sistemática la resistencia de los componentes ante diferentes tipos de esfuerzo.
¿Qué ocurre durante la electrólisis?
En la electrólisis del agua, una corriente eléctrica descompone el agua en hidrógeno y oxígeno. La membrana desempeña un papel clave en este proceso: separa las dos cámaras de reacción al tiempo que permite el transporte de iones necesario para la reacción electroquímica. En términos sencillos, actúa como un tamiz extremadamente fino, dejando pasar determinados iones y manteniendo los gases resultantes lo más separados posible.
Esto se convierte en un reto especialmente difícil cuando se utiliza agua de mar. Los cloruros y otros componentes pueden desencadenar reacciones secundarias, acumularse en las superficies o provocar corrosión y envejecimiento. Brinkmann: «Cuantas más impurezas contenga nuestro electrolito, más acuciante se vuelve la pregunta: ¿cuánto tiempo durará cada uno de nuestros componentes?».
El Fraunhofer IFAM puede investigar esta cuestión utilizando diversos electrolitos y configuraciones de celdas. Además de las mediciones electroquímicas, la microscopía electrónica de barrido, el EDX, el XPS y el TOF-SIMS proporcionan análisis detallados de los materiales tras los ensayos. «Esto nos permite evaluar la tasa de desgaste», afirma Brinkmann.
«Al mismo tiempo, el Fraunhofer IWES ha desarrollado un banco de pruebas más grande y polivalente», explica Menzel. «Se puede utilizar para estudiar y comparar diferentes tecnologías de electrólisis y componentes de nuevo desarrollo utilizando agua salobre o salada, incluidas la electrólisis PEM, alcalina y AEM». Los materiales prometedores pueden pasar entonces de pequeñas celdas de ensayo a configuraciones más grandes. Esto permite evaluar tanto el comportamiento de los materiales como las interacciones entre varias celdas y otros componentes del sistema.
Perspectivas: de la viabilidad a la estabilidad a largo plazo
El proyecto desarrolló bancos de pruebas y componentes para estudiar la electrólisis con agua de mar y agua salobre, y llevó a cabo estudios iniciales de viabilidad. La infraestructura resultante permite ahora realizar ensayos sistemáticos a largo plazo centrados en el envejecimiento, la corrosión, los depósitos y los efectos de la composición del electrolito en la vida útil de los componentes. El Fraunhofer IFAM y el Fraunhofer IWES ya están utilizando los bancos de pruebas más allá del proyecto, por ejemplo, para investigar fuentes de agua alternativas y evaluar la idoneidad de los componentes de electrólisis. Los bancos de pruebas también están disponibles para proyectos industriales y aplicaciones externas.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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