Fuente: El Periódico de la Energía Lugar: Tech Un equipo de investigadores de la Universidad de California, Berkeley, ha presentado una tecnología que podría transformar la producción de hidrógeno verde al hacer más duraderas y accesibles las celdas de combustible y los electrolizadores utilizados para generar este gas. El hidrógeno es un recurso clave para el transporte pesado, la fabricación de fertilizantes y diversos procesos químicos, además de una alternativa para almacenar energía renovable a largo plazo. Sin embargo, la mayor parte del hidrógeno disponible en la actualidad se obtiene a partir de gas natural y carbón, procesos que emiten grandes cantidades de dióxido de carbono y mantienen la dependencia de los combustibles fósiles.
El hidrógeno verde, producido mediante electrólisis del agua, ofrece una alternativa limpia, pues solo libera oxígeno como subproducto. Aun así, su costo continúa siendo un obstáculo para su adopción masiva. La clave para abaratar su producción radica en alimentar los electrolizadores con electricidad procedente de fuentes eólicas y solares, cuyo costo es bajo pero cuya disponibilidad es intermitente.
Reducción de los costos de fabricación
El profesor Shannon Boettcher y su equipo se han dedicado a desarrollar una nueva tecnología de electrólisis basada en polímeros conductores de iones, capaces de reducir significativamente los costos de fabricación. Hasta ahora, el principal desafío había sido la inestabilidad de estos polímeros: los electrodos se degradaban con rapidez, comprometiendo la vida útil de los sistemas.
Relacionado:El precio del hidrógeno verde se mantendrá caro durante décadasLa solución del grupo de Berkeley consiste en rediseñar completamente la arquitectura del electrolizador para proteger los electrodos frente a este deterioro. Según Boettcher, si esta tecnología alcanza su madurez comercial podría reducir entre cinco y diez veces el costo de los electrolizadores de membrana, lo que permitiría integrarlos de manera eficiente a la red eléctrica para absorber excedentes renovables y generar hidrógeno a precios competitivos.
El investigador explica que hoy predominan dos tipos de electrolizadores comerciales. Los de electrólisis alcalina utilizan un líquido cáustico similar al que se emplea para destapar desagües y requieren separadores cerámicos, cuyo desempeño se ve limitado bajo cargas elevadas o ciclos intermitentes. Por su parte, los electrolizadores de membrana de intercambio protónico funcionan con un polímero sólido y ácido que facilita la separación de gases y garantiza altas eficiencias, pero obligan a utilizar electrodos de iridio —un metal escaso y costoso— y polímeros fluorados altamente persistentes en el medio ambiente.
Resolver el problema de la degradación
La innovación de Boettcher, conocida como electrolizador de membrana de intercambio aniónico, combina la solidez y seguridad de la tecnología de membrana con el bajo costo de los materiales alcalinos. Para lograrlo, era indispensable resolver el problema de la degradación del electrodo ánodo, donde se produce la oxidación y, por tanto, la mayor parte del daño estructural. El equipo descubrió que la pérdida de electrones del polímero orgánico provocaba reacciones indeseadas que lo debilitaban, un fenómeno similar al que afecta la longevidad de las baterías.
Inspirándose en estrategias desarrolladas para mejorar estos dispositivos, los investigadores incorporaron un polímero inorgánico de óxido de circonio a la mezcla que recubre el electrodo. Este material forma una capa de pasivación alrededor del ánodo, protegiendo al polímero orgánico de las reacciones de oxidación que ocurren durante la generación de oxígeno. Los ensayos iniciales muestran una reducción de la tasa de degradación de hasta 100 veces, un avance que acerca considerablemente esta tecnología a su viabilidad comercial.
Relacionado:Expertos creen que el hidrógeno verde ayudará a asentar población e industriaEl ánodo se fabrica depositando un catalizador a base de cobalto sobre una malla de acero, posteriormente recubierta por la mezcla polimérica. Luego se integra el cátodo, encargado de producir hidrógeno al atraer los iones correspondientes, conformando un ensamblaje compacto y eficiente. Boettcher continúa investigando modos de optimizar el rendimiento de los electrodos y de eliminar los mecanismos de degradación restantes.
El investigador sostiene que, aunque persisten retos relacionados con la producción, el almacenamiento y el transporte del hidrógeno, los avances recientes marcan un punto de inflexión. A su juicio, se acerca una era en la que el hidrógeno generado a partir de electrólisis pueda competir con las fuentes fósiles sin necesidad de subsidios en múltiples aplicaciones industriales y energéticas.