¿Qué es la división del agua?

La división del agua es el proceso de descomponer el compuesto químico del agua en sus elementos constitutivos de hidrógeno y oxígeno. Hay muchos enfoques para la división del agua, el más común entre ellos es la electrólisis, donde una corriente eléctrica pasa a través del agua para producir iones de hidrógeno y oxígeno. Aunque muchos métodos de división del agua no son energéticamente eficientes en términos de la energía requerida para separar el hidrógeno y el oxígeno del agua en comparación con la energía que puede derivarse posteriormente del hidrógeno puro como combustible, el proceso, sin embargo, se ve como una alternativa potencial para reemplazar un dependencia de los combustibles fósiles. Las aplicaciones que utilizan energía solar y nuevos catalizadores químicos para dividir el agua ofrecen un método prometedor para producir ganancias de energía neta renovable sin producir emisiones de gases de efecto invernadero u otros contaminantes en el proceso.

La división fotocatalítica del agua utilizando la energía de la luz, o utilizando otras fuentes de energía renovables como la energía eólica, ahora se está empleando para generar corriente eléctrica en nuevas formas de electrólisis. El objetivo es crear un sistema de división de agua que esté completamente alimentado por fuentes de energía renovables, como la luz solar, para que la producción de hidrógeno sea competitiva frente a los combustibles fósiles. El desafío en el proceso ha sido desarrollar electrodos hechos de materiales económicos y duraderos. Se ha descubierto que los compuestos de cobalto y borato de níquel ofrecen una mayor eficiencia y son baratos y fáciles de fabricar. Aunque estos nuevos compuestos de electrodos son seguros en los sistemas comerciales de producción de combustible solar, aún no pueden competir con la eficiencia de los métodos de electrólisis industrial que usan compuestos alcalinos peligrosos como soluciones de electrolitos.

Los mecanismos de división del agua que ofrecen la mayor promesa en términos de ganancia de energía se basan en el proceso de fotosíntesis que las plantas usan para convertir la luz solar en energía química. Si bien los sistemas naturales para esto son muy lentos y los sistemas artificiales que lo imitan inicialmente tenían una eficiencia de menos del 1% cuando la investigación comenzó en 1972 en Japón, los nuevos procesos están aumentando los niveles de producción de hidrógeno. Investigadores japoneses comenzaron en 2007 a recubrir electrodos hechos de silicio microcristalino hidrogenado con nanopartículas de platino, lo que aumentó aún más la estabilidad y la vida útil de los electrodos y su capacidad catalítica en la división del agua.

Una investigación similar en el Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) en los Estados Unidos apunta a tasas de conversión de eficiencia solar a hidrógeno del 14% en el año 2015 con una mayor durabilidad de los electrodos de 1,000 horas en 2005 a 20,000 horas en 2015, también. A medida que aumenta esta eficiencia, el costo correspondiente de producir combustibles de hidrógeno disminuye, con un costo en dólares estadounidenses (USD) por kilogramo ($ / kg) de producir H2 en 2005 a $ 360 / kg hasta $ 5 / kg en 2015. Incluso en este momento A nivel, la división del agua para producir hidrógeno sigue siendo entre tres y diez veces más costosa que la generación de combustibles a base de hidrógeno a partir de la reforma del gas natural. La investigación todavía tiene un largo camino por recorrer antes de ser económicamente competitiva con el sector energético establecido.