Una reciente reseña en Nature Reviews Clean Technology presenta por primera vez una vía para escalar la tecnología de electrólisis de agua desacoplada (DWE) para producir hidrógeno verde a escala industrial.

El hidrógeno es una materia prima química importante, típicamente producida a partir de combustibles fósiles, lo que genera grandes cantidades de dióxido de carbono. Utilizar energía renovable para electrolizar agua y producir oxígeno en lugar de CO₂ es una alternativa limpia. La producción de hidrógeno verde a escala industrial es uno de los objetivos finales de la transición energética, con el potencial de reemplazar la dependencia mundial de los combustibles fósiles.

La electrólisis tradicional descompone el agua en hidrógeno y oxígeno usando dos electrodos separados por una membrana, enfrentando problemas como alto costo, riesgo de fugas internas de hidrógeno e incompatibilidad con la energía solar y eólica intermitente. La DWE supera estos problemas al separar la producción de hidrógeno y oxígeno en el tiempo o el espacio, eliminando la necesidad de una membrana. En su lugar, utiliza materiales redox que pueden absorber y liberar iones para producir oxígeno o hidrógeno.

Esta reseña revisa diferentes métodos DWE y presenta por primera vez una vía viable para su escalado. Los autores incluyen a expertos de renombre mundial como el Prof. Avner Rothschild del Technion - Instituto Tecnológico de Israel, el Prof. Mark D. Symes de la Universidad de Glasgow, el Prof. Jens Oluf Jensen de la Universidad Técnica de Dinamarca, el Dr. Tom Smolinka del Instituto Fraunhofer de Sistemas de Energía Solar, Rotem Arad y Gilad Yogev de H2Pro, la Dra. Guilin Ruan, investigadora postdoctoral en el Technion, y Fiona Todman, estudiante de doctorado en la Universidad de Glasgow, entre otros.

En 2013, el Prof. Mark Symes de la Universidad de Glasgow y sus colegas fueron pioneros en la implementación original de la electrólisis desacoplada utilizando medios redox en fase de solución, y han trabajado activamente en su comercialización. En 2015, el Prof. Avner Rothschild y sus colegas desarrollaron una nueva tecnología que emplea electrodos redox basados en níquel, lo que condujo a la fundación de la empresa H2Pro en 2019. El Prof. Jens Oluf Jensen y el Dr. Tom Smolinka son expertos en tecnología de electrolizadores, cuyas investigaciones proporcionan información para abordar los desafíos de operación a escala comercial y sientan las bases para comparar conceptos disruptivos de electrolizadores desacoplados y sin membrana. Rotem Arad y Gilad Yogev aportan una visión profunda para transformar el concepto en una tecnología de producción de hidrógeno verde a gran escala.

Esta revisión detalla por primera vez estrategias viables para escalar la DWE. Los experimentos DWE a escala de laboratorio producen menos de un gramo de hidrógeno por día, mientras que un sistema industrial necesita producir aproximadamente una tonelada diaria, un millón de veces más. Para satisfacer la demanda actual de hidrógeno, se necesitarían alrededor de un millón de electrolizadores a plena escala. Los electrolizadores industriales tradicionales requieren una red eléctrica estable, lo que limita su aplicación.

La ventaja única de la DWE radica en su capacidad para almacenar energía a través de materiales redox, similar a un electrolizador con una batería incorporada. Esto puede amortiguar las fluctuaciones de las energías renovables, haciéndola altamente compatible con sistemas solares y eólicos, y proporcionando una vía clave para la producción de hidrógeno renovable verde y de bajo costo.

Escalar la producción de hidrógeno verde tiene un impacto enorme. El mercado actual del hidrógeno tiene un valor de aproximadamente 250.000 millones de dólares anuales. Una vez alcanzada la escala industrial, se prevé que el mercado del hidrógeno verde alcance los 550.000 millones de dólares en una década.

El Prof. Rothschild predice que el hidrógeno verde representará el 10% del futuro mercado energético. Una vez producido a gran escala y vendido a un precio razonable, reemplazará gran parte de la energía utilizada en la industria, el transporte pesado y otros sectores. Los electrolizadores tradicionales deben seguir evolucionando para adaptarse al mercado, mientras que la DWE tiene el potencial de convertirse en una "especie" adaptada a los cambios ambientales.

El Prof. Symes explica que la tecnología de electrólisis desacoplada tiene solo unos 12 años de historia, mientras que tecnologías tradicionales como las baterías alcalinas y de membrana de intercambio de protones se han desarrollado durante décadas o incluso siglos, lo que proporciona contexto sobre la velocidad de expansión de los nuevos sistemas desacoplados. Espera que en la próxima década los sistemas de electrólisis desacoplada se conviertan en competidores formidables para los electrolizadores tradicionales, especialmente en la conversión de energías renovables en hidrógeno verde.

Las nuevas ideas presentadas en el artículo de revisión son convincentes y ofrecen una visión del futuro a largo plazo para ampliar la tecnología DWE en beneficio de toda la humanidad.