Un equipo liderado por Cornell construyó un dispositivo prototipo de 10 centímetros por 10 centímetros que produce hidrógeno “verde” sin carbono a través de la electrólisis de agua de mar con motor solar, con un subproducto importante: el agua potable. Crédito: Universidad de Cornell
Una colaboración liderada por Cornell ha alcanzado la trifecta de la tecnología de sostenibilidad: el grupo desarrolló un método de bajo costo para producir hidrógeno “verde” sin carbono a través de la electrólisis solar de agua de mar. ¿Un subproducto feliz del proceso? Agua potable.
El dispositivo de electrólisis de destilación solar híbrida del equipo (HSD-WE), informado en Energy & Environmental Science, actualmente produce 200 mililitros de hidrógeno por hora con un 12,6% de eficiencia energética directamente del agua de mar bajo la luz solar natural. Los investigadores estiman que en 15 años, la tecnología podría reducir el costo de la producción de hidrógeno verde a $ 1 por kilogramo, un paso clave para lograr emisiones netas de cero para 2050.
“El agua y la energía se necesitan críticamente para nuestra vida cotidiana, pero generalmente, si desea producir más energía, debe consumir más agua”, dijo Lenan Zhang, profesor asistente de la Escuela de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial de Sibley en Cornell Engineering, quien lideró el proyecto.
“Por otro lado, necesitamos agua potable, porque dos tercios de la población mundial se enfrentan a la escasez de agua. Por lo tanto, hay un cuello de botella en la producción de hidrógeno verde, y eso se refleja en el costo”.
El hidrógeno verde se produce dividiendo las moléculas de agua de “alta pureza”, desionizada) en hidrógeno y oxígeno a través de la electrólisis. El alto costo resulta de la gran cantidad de agua limpia que requiere el proceso; El costo de fabricar hidrógeno verde puede ser aproximadamente 10 veces mayor que el del hidrógeno regular.
“Por eso se nos ocurrió esta tecnología”, dijo Zhang. “Pensamos, ‘Ok, ¿cuál es el recurso más abundante en la tierra?’ El agua solar y de mar son básicamente recursos infinitos y también recursos gratuitos “.
Como científico investigador del Instituto de Tecnología de Massachusetts, Zhang comenzó a explorar formas de usar la energía solar para convertir el agua de mar en agua potable a través de la desalinización térmica, un esfuerzo anunciado por la revista Time como uno de los “mejores inventos de 2023”. Cuando Zhang llegó a Cornell en 2024, había recibido el apoyo de la National Science Foundation para expandir la tecnología para producir hidrógeno verde.
Producción de hidrógeno verde con energía solar del agua de mar. Crédito: Energía y Ciencias Ambientales (2025). Doi: 10.1039/d4ee06203e
Trabajando con investigadores de la Universidad Johns Hopkins y la Universidad Estatal de Michigan, el equipo de Zhang ideó un dispositivo prototipo de 10 centímetros por 10 centímetros que aprovecha uno de los inconvenientes de los fotovoltaicos: su eficiencia relativamente baja. La mayoría de las células fotovoltaicas solo pueden convertir hasta aproximadamente el 30% de la energía solar en electricidad, y el resto se disipa como calor de residuos. Pero el dispositivo del equipo puede aprovechar la mayor parte de ese calor de los desechos y usarlo para calentar el agua de mar hasta que se evapore.
“Básicamente, la luz solar de longitud de onda corta interactúa con la célula solar para generar electricidad, y la luz de longitud de onda más larga genera el calor de los residuos para alimentar la destilación de agua de mar”, dijo Zhang. “De esta manera, toda la energía solar se puede usar por completo. Nada se desperdicia”.
Para que ocurra la evaporación térmica interfacial, hay un componente crucial, llamado mecha capilar, que atrapa el agua en una película delgada que está en contacto directo con el panel solar. De esta manera, solo la película delgada debe calentarse, en lugar de un gran volumen de agua, y la eficiencia de la evaporación aumenta a más del 90%.
Una vez que el agua de mar se evapora, la sal se deja atrás, y el vapor desalinizado se condensa en agua limpia, que pasa a través de un electrolizador que divide las moléculas de agua en hidrógeno y oxígeno.
“Esta es una tecnología altamente integrada. El diseño fue un desafío porque hay una gran cantidad de acoplamiento complejo: desalinización junto con electrólisis, electrólisis junto con el panel solar y el panel solar junto con la desalinización a través de la conversión y el transporte de energía solar, eléctrica, química y térmica”, dijo Zhang.
“Ahora, por primera vez, podemos producir una cantidad suficiente de agua que pueda satisfacer la demanda de producción de hidrógeno. Y también tenemos un poco de agua adicional para beber. Dos pájaros, una piedra”.
El costo actual de la producción de hidrógeno verde es de aproximadamente $ 10 por kilogramo, según Zhang, pero dada la plenitud de la luz solar y el agua de mar, en el transcurso de 15 años, el dispositivo de su equipo podría reducir el costo a $ 1 por kg. Zhang también ve el potencial de incorporar la tecnología en las granjas solares para enfriar paneles fotovoltaicos, lo que mejoraría su eficiencia y prolongaría su vida útil.
“Queremos evitar las emisiones de carbono, evitar la contaminación. Pero mientras tanto, también nos importa el costo, porque el menor costo que tenemos, el mayor potencial de mercado para la adopción a gran escala”, dijo. “Creemos que hay un gran potencial para futuras instalaciones”.
Más información: Xuanjie Wang et al, más de 12% de producción de hidrógeno verde con energía solar de agua de mar, energía y ciencias ambientales (2025). Doi: 10.1039/d4ee06203e
Proporcionado por la Universidad de Cornell
Cita: la luz solar y el agua de mar conducen a hidrógeno verde de bajo costo y agua limpia (2025, 9 de abril) recuperado el 9 de abril de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-04-sunlight-sea-sea-green-hydrogen.html
Este documento está sujeto a derechos de autor. Además de cualquier trato justo con el propósito de estudio o investigación privada, no se puede reproducir ninguna parte sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona solo para fines de información.
