Los sistemas de electrólisis con alimentación de orina ofrecen producción de hidrógeno verde eficiente en la energía
El candidato de doctorado Xingong Gao, la Universidad de Adelaida y el primer autor en el documento internacional de Angewandte Chemie al frente de su sistema de electrólisis de urea sin membrana. Crédito: Universidad de Adelaide, Escuela de Ingeniería Química
Los investigadores han desarrollado dos sistemas únicos de eficiencia energética y rentable que usan urea que se encuentran en la orina y las aguas residuales para generar hidrógeno.
Los sistemas únicos revelan vías para generar económicamente hidrógeno “verde”, una fuente de energía sostenible y renovable, y el potencial para remediar los desechos nitrogenados en entornos acuáticos.
Típicamente, generamos hidrógeno a través de la electrólisis del agua donde el agua se divide en oxígeno e hidrógeno. Es una tecnología prometedora para ayudar a resolver la crisis energética global, pero el proceso es intensivo en energía, lo que hace que sea prohibitiva en costos en comparación con la extracción de hidrógeno de los combustibles fósiles (hidrógeno gris), en sí mismo un proceso indeseable debido a las emisiones de carbono que genera.
A diferencia del agua, un sistema de electrólisis que genera hidrógeno a partir de urea utiliza significativamente menos energía.
A pesar de esta ventaja, los sistemas existentes basados en la urea enfrentan varias limitaciones, como la baja eficiencia de conversión de la urea en el hidrógeno y la generación de subproductos nitrogenados indeseables (nitratos y nitritos) que son tóxicos y compiten con la producción de hidrógeno, lo que reduce aún más la eficiencia general del sistema.
Investigadores del Centro de Excelencia del Consejo de Investigación de Australia para la ciencia e innovación del carbono (COE-CSI) y la Universidad de Adelaida desarrollaron dos sistemas de electrólisis basados en urea que superan estos problemas y pueden generar hidrógeno verde a un costo que han calculado es comparable o más barato que el costo de producir hidrógeno gris.
“Si bien no hemos resuelto todos los problemas, si estos sistemas se amplían, nuestros sistemas producen gas de nitrógeno inofensivo en lugar de los nitratos y nitritos tóxicos, y cualquiera de los sistemas utilizará entre 20-27% menos electricidad que los sistemas de división de agua”, dice el investigador jefe de Coe-CSI, profesor Yao Zheng.
La investigación para cada sistema se publicó en artículos separados, uno en Angewandte Chemie International, el otro en las comunicaciones de la naturaleza.
Sistema de electrólisis sin membrana. Crédito: Universidad de Adelaide, Escuela de Ingeniería Química
“Necesitamos reducir el costo de fabricar hidrógeno, pero de manera neutral en carbono. El sistema en nuestro primer artículo, al tiempo que usa un sistema único sin membrana y un nuevo catalizador a base de cobre, usa urea pura, que se produce a través del proceso de síntesis de amoníaco Haber-Bosch que es intensivo en energía y libera mucho CO2”, dice el profesor Zheng.
“Resolvimos esto usando una fuente verde de urea, orina humana, que es la base del sistema examinado en nuestro segundo artículo”, dice.
Y sí, los investigadores dieron un paso al frente por la causa de la ciencia y donaron su orina, junto con la orina simulada hecha en laboratorio. La orina o la urea también se pueden obtener de las aguas residuales y otras aguas residuales con récords de desechos nitrogenados.
La orina en un sistema electrocatalítico, sin embargo, presenta otro problema. Los iones de cloruro en la orina desencadenarán una reacción que genere cloro que causa corrosión irreversible del ánodo del sistema donde se producen oxidación y pérdida de electrones.
Por lo tanto, se encontró un nuevo mecanismo de reacción que podría suprimir la corrosión del cloro.
“En el primer sistema desarrollamos un sistema de electrólisis de urea innovador y altamente eficiente sin membrana para la producción de hidrógeno de bajo costo. En este segundo sistema, desarrollamos un nuevo mecanismo de oxidación mediado por cloro que utilizó catalizadores basados en platino en los soportes de carbono para generar hidrógeno a partir de la orina”, dice el profesor Shizhang Qiao, directorio subtistente e investigador de COE-CSI.
Alternativas a catalizadores de metales preciosos y finitos
El platino es un metal costoso, precioso y finito y su creciente demanda como material catalítico es insostenible. Es una misión central del COE-CSI para permitir tecnologías transformadoras de catalizador de carbono para las industrias de energía y química tradicionales.
El equipo de la Universidad de Adelaida planifica más experimentos para desarrollar catalizadores de metales no prepreciosos y respaldados por el carbono para construir sistemas de aguas-desastre de orina sin membrana, logrando una recuperación de hidrógeno verde de menor costo mientras remalcan el entorno de aguas residuales.
Más información: Xingong Gao et al, electrólisis de agua libre de membrana para generación de hidrógeno con bajo costo, Angewandte Chemie International Edition (2024). Doi: 10.1002/anie.202417987
Pengtang Wang et al, electrooxidación de orina para generación de hidrógeno que ahorran energía, comunicaciones de la naturaleza (2025). Doi: 10.1038/s41467-025-57798-3
Proporcionado por el Centro de Excelencia ARC para la ciencia e innovación del carbono
Cita: los sistemas de electrólisis con alimentación de orina ofrecen producción de hidrógeno verde eficiente en energía (2025, 9 de mayo) Recuperado el 9 de mayo de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-05-URINE-Powered-EnectrolusySysynergy-Engery-Efficient.html
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