¿Cómo generar hidrógeno por electrolisis de agua?

Para saber con exactitud cómo es la generación de hidrógeno por electrolisis de agua, hay que empezar conociendo algunos de los conceptos básicos, ya que estos permitirán que entendamos de forma fácil cómo llevar a cabo este proceso.

¿Sabes cómo se puede obtener el hidrógeno en estado puro? Para poder hacerlo, se requiere de su extracción de compuestos que están combinados, principalmente del agua, combustibles fósiles o de materia orgánica. ¡En NetInterlab te lo explicamos!

Proceso de generación de hidrógeno por electrólisis de agua

Cuando los volúmenes del hidrógeno necesarios en una aplicación no son altos, es posible recurrir a un proceso de generación por medio de la electrólisis de agua. En la electrólisis, el agua se va a descomponer para que se forme el hidrógeno y oxígeno, lo que quiere decir que se lleva a cabo un proceso inverso a la reacción de combustión de hidrógeno.

Esta reacción que señalamos necesita un aporte energético, que se dará por medio de energía eléctrica. El mecanismo de electrólisis es de la siguiente forma: una célula electrónica cuenta con dos electrodos (ánodo y cátodo) que están unidos por un medio conductor formados por iones H+ disueltos en el agua.

El paso de la corriente entre ánodo y cátodo permite que el agua se disocie y se forme el hidrógeno en el cátodo y oxígeno en el ánodo.

¿Cómo es el proceso de generación de hidrógeno por electrólisis de agua?

La reacción electrolítica se genera en un medio alcalino, debido a que en este aumenta la conductividad eléctrica; por ello, el hidrógeno producido en el cátodo necesita purificarse debido a que tiene impurezas de oxígeno y un nivel de humedad. La corriente de hidrógeno se seca por medio de un adsorbente y las impurezas de oxígeno se suprimen.

También, en el ánodo del electrolizador se va a producir oxígeno. La mayoría de los electrolizadores son de tipo tanque, donde los electrodos están dispuestos en paralelo, y el calor que sale en el proceso se elimina al recircular el agua.

¿Qué pasa después de la generación de hidrógeno por electrólisis de agua?

Después de todo el proceso anterior, se va a permitir que se acceda a un grupo amplio de precursores, como lo son los combustibles fósiles de la energía nuclear y la energía renovable (eólica, solar, biomasa).

¿Por qué la generación de hidrógeno por electrólisis de agua es más cara que por gas?

La electrólisis generada por agua es más cara debido a que los electrolizadores que proporcionan el H2 tienen un coste más elevado al realizar otros procesos electrolíticos, como, por ejemplo, la electrólisis en fase de vapor. El potencial reversible de la celda va a decrecer cuando se aumenta la temperatura.

Debido a que el coste de la electricidad que requiere la electrólisis para producir hidrógeno a partir de H2O es proporcional a la fuerza electromotriz que se genera en la celda, el coste tendrá una disminución con la temperatura. La celda, por su parte, se enfría mediante el proceso endotérmico y logra mantener una temperatura constante.

Esto último se traduce en que el calor se va a convertir electroquímicamente en H2 sin que se tenga que pasar por un ciclo de Carnot. Cuando se usa la descomposición termo-electroquímica, solo se usa el 50% de la energía térmica que requiere el proceso con agua, lo que reduce significativamente su coste.

Otras alternativas para la generación de hidrógeno por electrolisis de agua

Procesos térmicos como alternativa de generación de hidrógeno por medio de electrólisis

Otras alternativas que se emplean para producir hidrógeno consisten en usar energía térmica. Estos procesos no son catalíticos y van a incluir la disociación termoquímica del agua, haciendo uso del calor de una fuente energética con una temperatura elevada. Por ejemplo, reactores nucleares y hornos solares.

El calor puede ser usado para obtener una serie de reacciones químicas con la producción neta de H2 y O2. Uno de estos procesos se basará en la descomposición térmica del sulfato, en temperaturas de 828Cº, lo que genera el óxido de gases y metálicos.

En otra etapa, el óxido metálico se oxida mediante el vapor del agua y SO2, lo que genera nuevamente emisiones de Co2. Sin embargo, aún no se implementa en la industria.

Procesos fotoquímicos como alternativa de generación de hidrógeno por medio de electrólisis

Los procesos fotoquímicos son parte de otras alternativas extraordinarias y atrayentes en la generación de hidrógeno, y en los cuales podemos hablar de la disociación del agua sobre semiconductores que usan la luz solar. La eficiencia del proceso se determina principalmente debido a las propiedades fotofísicas y morfológicas del material semiconductor.

De acuerdo a la tecnología, la aplicación comercial de la producción de hidrógeno por medio de energía fotónica del espectro visible necesita de desarrollos significativos de la ingeniería y la ciencia para lograr fotocatalizadores activos y estables en la reacción de disociación.

Puntos como la transferencia de carga entre el semiconductor y el catalizador, así como la dependencia de los factores estructurales y eléctricos de la interfaz que estarán abiertas, van a representar buenas oportunidades para la mejora de fotocatalizadores usados en la disociación fotoquímica del agua.

La forma en la que se hace la generación del hidrógeno estará pautada por la economía del proceso, de las necesidades presentes en el mercado y de las regulaciones ambientales que se tengan.

El hidrógeno va a permitir el acceso a un grupo de precursores amplios como lo son la energía nuclear, combustibles fósiles y energías renovables. ¿Necesitas un equipo para la generación de hidrógeno? Consulta a nuestro equipo de expertos y te daremos la asesoría que necesitas.