La limitada disponibilidad de recursos de agua dulce, que representan sólo aproximadamente el 3,5% del agua total de la Tierra, ha puesto de relieve la importancia de utilizar abundante agua de mar para el reciclaje de energía. La desalinización de agua de mar presenta una solución viable para abordar la escasez de recursos de agua potable; sin embargo, los métodos tradicionales como la destilación y el tratamiento con membranas suelen ser costosos.
La aceleración de una economía energética basada en el hidrógeno es crucial para lograr la neutralidad de carbono y alcanzar el pico de emisiones de carbono. En consonancia con esto, el "Plan de Acción del Pico de Carbono para 2030" emitido por el Consejo de Estado enfatiza la necesidad de centrarse en la producción de hidrógeno con energía renovable de bajo costo y la innovación tecnológica. También destaca la importancia de acelerar la investigación, el desarrollo y las aplicaciones de demostración de la tecnología del hidrógeno en diversos sectores como la industria, el transporte y la construcción.
El agua de mar se diferencia significativamente del agua dulce: constituye aproximadamente el 96,5% del agua de la Tierra y contiene una mezcla compleja de 92 sustancias químicas y elementos. La salinidad del agua de mar es de alrededor de 35 PSU (35 ‰), y los iones de sodio, magnesio, calcio, potasio, cloro y sulfato representan más del 99% de su contenido total de sal. La producción de hidrógeno a partir de agua de mar enfrenta desafíos debido a la presencia de numerosos iones, microorganismos y partículas, que pueden generar problemas como competencia en reacciones adversas, desactivación de catalizadores y contaminación de las membranas.
Se han desarrollado dos enfoques tecnológicos distintos para la producción de hidrógeno a partir de agua de mar: producción directa y producción indirecta. La producción directa implica electrólisis o fotólisis del agua. Las principales instituciones de investigación de todo el mundo, entre ellas la Academia de Ciencias de China, el Centro Nacional de Investigación Científica de Francia, la Universidad Tecnológica de Tohoku de Japón, la Universidad de Tecnología Química de Beijing, el Consejo de Investigación Científica e Industrial de la India y la Universidad de Houston, participan activamente en la investigación directa. Investigación sobre la producción de hidrógeno. La producción indirecta, por otro lado, combina tecnologías de desalinización de agua de mar con procesos hidrolíticos como electrólisis, fotólisis y pirólisis.
Actualmente, más del 90% del hidrógeno mundial se produce a partir de fuentes de energía basadas en el carbono, como el carbón y el gas natural. Sin embargo, existe un interés creciente en la producción de hidrógeno a partir de agua, considerando las implicaciones futuras de la neutralidad de carbono y la escasez de recursos de agua dulce. La "tecnología de producción de hidrógeno por electrólisis directa de agua de mar in situ sin desalinización" tiene una inmensa importancia teórica, tecnológica y estratégica.
En julio de este año, el Instituto de Tecnología e Ingeniería de Materiales de Ningbo, de la Academia de Ciencias de China, informó sobre un desarrollo innovador en la producción de hidrógeno a partir de agua de mar mediante electrólisis a alta temperatura utilizando una celda de combustible de óxido sólido tubular plana. El equipo de investigación logró una impresionante eficiencia de conversión de energía del 72,47 % sin necesidad de catalizadores de metales nobles. Los experimentos a largo plazo demostraron cambios mínimos en la estructura, composición y rendimiento de la celda, mientras que el voltaje electrolítico se mantuvo significativamente más bajo que el de las celdas a temperatura ambiente.
Los investigadores llevaron a cabo la electrólisis a 750 grados haciendo pasar hidrógeno, que actúa como gas portador, a través de la celda electrolítica de óxido sólido que contiene agua de mar volatilizada y transportada desde las aguas costeras de la ciudad de Ningbo. Al calentar y evaporar el agua de mar previamente, se evitó que la mayoría de las impurezas entraran en contacto directo con el electrolizador, minimizando el riesgo de daños.
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