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¿Cómo se obtiene hidrógeno a partir del agua?

marzo 16, 2022
¿Cómo se obtiene hidrógeno a partir del agua?

Central de hidrógeno

Hay dos mejoras sencillas que puedes hacer para mejorar la eficiencia de la producción de gas hidrógeno. Puedes utilizar grafito (carbono) en forma de «mina» de lápiz como electrodos y puedes añadir una pizca de sal al agua para que actúe como electrolito.

El grafito es un buen electrodo porque es eléctricamente neutro y no se disuelve durante la reacción de electrólisis. La sal es útil porque se disocia en iones que aumentan el flujo de corriente.

Este es un método extremadamente fácil de hacer gas hidrógeno casero. Basta con añadir un poco de agua al producto para desatascar el desagüe. La reacción es exotérmica, así que utilice una botella de vidrio (no de plástico) para recoger el gas resultante.

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Hidrógeno verde

Aunque abunda en la Tierra como elemento, el hidrógeno se encuentra casi siempre como parte de otro compuesto, como el agua (H2O) o el metano (CH4), y debe separarse en hidrógeno puro (H2) para su uso en vehículos eléctricos de pila de combustible. El combustible de hidrógeno se combina con el oxígeno del aire a través de una pila de combustible, creando electricidad y agua mediante un proceso electroquímico.

Los principales estados productores de hidrógeno son California, Luisiana y Texas. En la actualidad, casi todo el hidrógeno producido en Estados Unidos se utiliza para refinar petróleo, tratar metales, producir fertilizantes y procesar alimentos.

El principal reto de la producción de hidrógeno es reducir el coste de las tecnologías de producción para que el hidrógeno resultante sea competitivo con los combustibles convencionales para el transporte. Los proyectos de investigación y desarrollo del gobierno y la industria están reduciendo el coste y el impacto medioambiental de las tecnologías de producción de hidrógeno. Más información sobre la producción de hidrógeno en la Oficina de Tecnologías del Hidrógeno y las Pilas de Combustible.

Combustible de hidrógeno

La electrólisis es una opción prometedora para la producción de hidrógeno libre de carbono a partir de recursos renovables y nucleares. La electrólisis es el proceso de utilizar la electricidad para dividir el agua en hidrógeno y oxígeno. Esta reacción tiene lugar en una unidad llamada electrolizador. El tamaño de los electrolizadores puede variar desde equipos pequeños, del tamaño de un electrodoméstico, que son adecuados para la producción de hidrógeno distribuida a pequeña escala, hasta instalaciones de producción central a gran escala que podrían estar vinculadas directamente a las energías renovables u otras formas de producción de electricidad que no emitan gases de efecto invernadero.

Al igual que las pilas de combustible, los electrolizadores constan de un ánodo y un cátodo separados por un electrolito. Los distintos electrolizadores funcionan de manera diferente, sobre todo debido al distinto tipo de material electrolítico implicado y a las especies iónicas que conducen.

Los electrolizadores alcalinos funcionan mediante el transporte de iones de hidróxido (OH-) a través del electrolito desde el cátodo hasta el ánodo, generándose hidrógeno en el lado del cátodo. Los electrolizadores que utilizan una solución alcalina líquida de hidróxido de sodio o de potasio como electrolito han estado disponibles comercialmente durante muchos años. Los enfoques más recientes que utilizan membranas sólidas de intercambio alcalino (AEM) como electrolito son prometedores a escala de laboratorio.

Electrolizador Pem

Pero la reacción química que requiere la producción de hidrógeno a partir del agua requiere una fuente de energía externa. El objetivo de convertir el hidrógeno en una fuente alternativa de combustible requiere minimizar el aporte de energía para producirlo y maximizar la cantidad de energía extraída de la combustión del hidrógeno.

Investigadores del Instituto Indio de Tecnología de Bombay (IIT Bombay), en un estudio reciente, han utilizado un nuevo catalizador para extraer hidrógeno del agua. Los investigadores han demostrado cómo un catalizador magnetizado puede acelerar la producción de hidrógeno y reducir el coste energético.

Para extraer el hidrógeno del agua, los investigadores introducen dos electrodos en el agua y pasan corriente, lo que permite separar el hidrógeno del agua. El proceso se denomina electrólisis del agua. Estudios anteriores han demostrado que metales como el platino, el rodio y el iridio aceleran la electrólisis.

El estudio ha utilizado un compuesto formado por cobalto y oxígeno para lograr el mismo objetivo a un coste mucho menor. Mientras que los investigadores anteriores se centraron en el desarrollo de nuevos catalizadores para la electrólisis del agua, los autores del presente estudio se centraron en un enfoque alternativo.

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