Avances en la producción de hidrógeno con electrolisis basada en níquel

Avanzando con la electrolisis para la producción de hidrógeno

El hidrógeno se considera un serio candidato para reemplazar los combustibles fósiles. Esto es cierto en el transporte, gracias a las celdas de combustible, y en los procesos industriales donde la alta temperatura de combustión del hidrógeno puede reemplazar al carbón y al gas natural cuando la electrificación no es una opción.

Un problema es que el hidrógeno no se encuentra con frecuencia en depósitos naturales fácilmente accesibles como el gas natural. En su lugar, debe generarse artificialmente, con la electrolisis siendo el método más comúnmente utilizado.

La electrolisis es la descomposición del agua en hidrógeno y oxígeno. Entre los problemas con la forma en que se realiza actualmente la electrolisis se encuentran la baja eficiencia (pérdida de energía) y los altos costos, principalmente debido a los catalizadores costosos como el platino.

Un equipo de investigación de Corea puede haber encontrado una forma de aumentar la eficiencia y reemplazar los catalizadores costosos con níquel, mucho más asequible y abundante.

Matrices de níquel nano que mejoran la producción de hidrógeno

Los investigadores del equipo del profesor Jong Kyu Kim en el Departamento de Ciencia y Ingeniería de Materiales de POSTECH (Pohang University, Korea) han estado buscando solucionar un problema importante con la electrolisis del hidrógeno.

Source: POSTECH

El problema es que cuando se produce, el hidrógeno permanece “pegado” al catalizador, impidiendo que llegue a más agua y continúe funcionando. Esto disminuye la eficiencia, aumenta la energía necesaria y, en última instancia, requiere catalizadores más costosos de lo necesario.

En lugar de eso, el profesor Jong Kyu Kim y su equipo han creado protrusiones de nanorodillos de níquel finamente elaboradas, no completamente alineadas verticalmente. La nanoestructura y el ángulo inclinado de las varillas de níquel muestran lo que se llama “super-aerofobia“, lo que hace que las burbujas de hidrógeno se despeguen más fácilmente.

Esto, a su vez, libera espacio para que el agua llegue al catalizador y se produzca una electrolisis más eficiente.

Source: POSTECH

Esto puede aumentar dramáticamente la eficiencia del proceso, con una notable mejora de 55 veces en la eficiencia de producción de hidrógeno en comparación con una cantidad equivalente de níquel en una estructura de película delgada tradicional.

Ampliando más allá de los catalizadores de níquel

La tecnología utilizó nanorodillos de níquel, pero no tiene que limitarse a este metal. De hecho, esta tecnología de nanorodillos oblicuos que reduce la adhesión de hidrógeno puede utilizarse teóricamente con cualquier otro catalizador. ¿Qué significa esto para las perspectivas del hidrógeno?

Mejora de la electrolisis

Actualmente, la mayoría del hidrógeno producido en el mundo se produce a partir de gas natural. Esto es económicamente más rentable, pero contradice el propósito de producir hidrógeno para reducir las emisiones de carbono.

Para obtener hidrógeno verdaderamente neutro en carbono, producirlo a partir de electricidad generada a partir de fuentes renovables es el camino a seguir, generalmente llamado “hidrógeno verde”.

Cualquier método que pueda reducir el costo general de la cadena de suministro de hidrógeno verde es un paso más hacia hacer que sea una alternativa viable a los combustibles fósiles.

Esto podría ser cierto para los catalizadores “clásicos” de alta eficiencia y alto costo como el platino, tal vez en combinación con las varillas de níquel.

También podría ser posible verlo aplicado a otros catalizadores de electrolisis rentables recientemente descubiertos, como el rutenio, el silicio y el tungsteno (RuSiW) que cubrimos en nuestro artículo “El hidrógeno verde está a punto de reemplazar al gris ya que los nuevos electrocatalizadores hacen que la producción sea rentable“.

Mejor cadena de suministro de hidrógeno

La electrolisis es solo una de las etapas que se pueden mejorar para hacer que el hidrógeno sea una piedra angular de nuestros sistemas energéticos.

Por ejemplo, mejores celdas de combustible podrían hacer que los vehículos de hidrógeno sean fuertes competidores de los vehículos eléctricos, algo que discutimos en nuestro artículo “¿Son las celdas de batería solo un precursor de las celdas de combustible de hidrógeno? La verdadera próxima generación de vehículos eléctricos”.

Y las soluciones de almacenamiento a gran escala más eficientes pueden hacer que el hidrógeno sea mucho más fácil de manejar y distribuir, algo que discutimos en nuestro artículo “El hidrógeno acaba de volverse más atractivo como fuente de energía a través de un avance en contención”.

Otras aplicaciones potenciales

El uso de nanorodillos inclinados para crear super-aerofobia podría tener aplicaciones más allá del hidrógeno.

El primer efecto es que con la producción de hidrógeno barata y eficiente viene la producción de amoníaco igualmente eficiente. El amoníaco tiene algunas ventajas significativas sobre el hidrógeno para aplicaciones como combustible para buques, algo que discutimos en “Des-carbonizando las rutas de navegación global a través del amoníaco verde“.

El profesor Jong Kyu Kim también mencionó que la tecnología de nanorodillos podría beneficiar otros procesos químicos que involucran gas.

“Al mejorar la eficiencia del proceso de electrolisis del agua para la producción de hidrógeno verde, estamos avanzando hacia una economía del hidrógeno y una sociedad neutral en carbono.

Este avance beneficia la electrolisis del agua y tiene el potencial de diversas otras aplicaciones de energía renovable donde las reacciones de superficie juegan un papel crucial, como la reducción de dióxido de carbono y los sistemas de conversión de energía lumínica”.

Entonces, esta innovación podría ir más allá del hidrógeno y podría tener un impacto serio en la captura de carbono y la fotosíntesis artificial, una idea que comenzamos a explorar en “Fotosíntesis artificial y biodegradabilidad: combatiendo la amenaza del plástico con sostenibilidad en mente“.

Empresas de soluciones de hidrógeno

1. Aker Horizons ASA

El descubrimiento de cómo utilizar varillas de níquel nano es solo el último de una serie de innovaciones que mejoran las perspectivas del hidrógeno como combustible alternativo y soluciones de almacenamiento de energía. Entonces, podría ser rentable tener una exposición diversificada a todas las etapas de la cadena de suministro de hidrógeno.

Aker Horizons es una filial del grupo Aker, que se centra en la energía verde. El grupo Aker es un importante conglomerado noruego que se centra en las energías renovables y los negocios marinos/ofshore. Aker Horizon es la empresa matriz de varias filiales, incluyendo la captura de carbono, el hidrógeno verde y las energías renovables.

Source: Aker

La empresa es notablemente muy activa en el hidrógeno y la generación de amoníaco verde, con el objetivo de descarbonizar la navegación ártica, especialmente en Noruega.

Aker Horizons puede manejar la integración vertical completa del hidrógeno y el amoníaco verde, desde molinos de viento offshore hasta la generación de hidrógeno y la producción de amoníaco verde.

También está trabajando en proyectos como la conversión de residuos en energía en Francia, una planta de biomasa en Alemania y la captura de carbono en Medio Oriente (Arabia Saudita y EAU).

Esto la convierte en una buena acción para los inversores que buscan exposición al sector de la energía verde en general, con una fuerte posición en el amoníaco verde y la navegación, pero también en otras energías verdes y diversificación geográfica.

2. Ballard Power Systems Inc.

No estamos seguros de qué será el mercado principal para el hidrógeno. Puede que sea la generación de energía y el combustible para automóviles, pero también puede permanecer confinado a tareas más pesadas que son más difíciles de electrificar.

Ballard es un fabricante de celdas de combustible y un pionero de la tecnología con su primer autobús de celda de combustible en 1993.