La producción de hidrógeno verde mediante electrólisis se enfrenta a dos obstáculos fundamentales. El primero es la conversión de aproximadamente el 30% de la electricidad en calor de baja temperatura (entre 80 y 90 °C), que en la mayoría de las instalaciones se considera un residuo y requiere complejos sistemas de evacuación, lo que eleva el consumo energético y el uso de agua. El segundo es la corrosión de los electrodos, las reacciones secundarias indeseadas y la obstrucción de membranas que provoca la electrólisis directa de agua de mar. La alternativa, una desalinización previa, implica una inversión elevada en equipos y un consumo energético adicional considerable.

Investigadores del Instituto de Física Química de Dalian (DICP) de la Academia China de Ciencias han desarrollado un sistema innovador que integra la producción de hidrógeno verde con la desalinización de agua de mar, aprovechando el calor residual del proceso electrolítico.

Esta tecnología, publicada en Nature Energy, ha demostrado una eficiencia eléctrica 14,4% superior a la electrólisis alcalina convencional, representando un avance crucial hacia la producción sostenible de hidrógeno a partir de recursos marinos.

STHW: Integración inteligente de electrólisis y desalinización

Un equipo liderado por el profesor DENG Dehui y la profesora asociada LIU Yanting del DICP ha propuesto y validado una ruta tecnológica denominada STHW (Seawater to Hydrogen and Fresh Water) que aborda ambos desafíos de manera sinérgica. Este sistema combina un electrolizador alcalino (AWE) con una unidad de destilación al vacío de baja temperatura. El calor residual generado durante la electrólisis se utiliza eficientemente para calentar agua de mar a baja presión, facilitando su evaporación.

El vapor resultante se condensa como agua dulce, que a su vez alimenta al electrolizador. El excedente de agua dulce puede destinarse a otros usos, como riego o consumo humano, mientras que el electrolizador opera exclusivamente con agua dulce, mitigando así los problemas de corrosión y estabilidad.

48 m³ de hidrógeno y 31,6 kg de agua dulce por hora

Inicialmente, el equipo construyó un sistema piloto industrial de 20 kW que alcanzó una productividad de 3,8 Nm³ de hidrógeno por hora y operó de forma estable durante 100 días, coproduciendo 1,2 kg de agua dulce por hora. Posteriormente, el sistema fue escalado a 250 kW, logrando una impresionante productividad de 48 Nm³ de hidrógeno por hora con una pureza del 99,9999%, junto con una producción de 31,6 kg de agua dulce por hora.

La mejora de eficiencia es el dato más relevante: el sistema STHW alcanzó una eficiencia eléctrica 14,4%. Esta cifra es superior en comparación con la electrólisis alcalina convencional alimentada exclusivamente con agua dulce. Esta mejora radica en el aprovechamiento de la energía térmica que anteriormente se perdía, resultando en una menor electricidad consumida por cada kilogramo de hidrógeno producido. Adicionalmente, la salmuera concentrada generada durante la desalinización se considera un recurso valioso para la recuperación de sal, uranio y bromo, añadiendo un valor económico y de sostenibilidad al sistema.

Implicaciones estratégicas para la industria del hidrógeno verde

Este avance representa una contribución significativa a la producción de hidrógeno verde a partir de recursos marinos. Según el Profesor DENG Dehui, «este estudio aborda dos desafíos clave en la producción de hidrógeno a partir de agua de mar y ofrece una vía potencial para una producción de hidrógeno más eficiente, al tiempo que permite la coproducción de agua dulce».

El sistema opera exclusivamente con agua de mar como materia prima, eliminando la necesidad de una planta desalinizadora independiente y evitando el vertido de salmuera sin tratar. Esto lo establece como un modelo de economía circular. La validación de un sistema de 250 kW con más de 40 días de operación estable sienta las bases para su implementación en zonas costeras con abundantes recursos hídricos marinos y fuentes de energía renovable. La combinación de producción de hidrógeno verde y agua dulce podría tener aplicaciones particularmente valiosas en regiones áridas con litoral, donde ambos recursos son escasos. Además, contribuye activamente a la descarbonización del sector energético al integrar una fuente de energía inagotable como el agua de mar con electricidad de origen renovable.

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