Fecha de recepción 14/04/2022
Fecha de aceptación: 18 / 07 /2022
Pp .01 – Pp. 23
ARK: https://n2t.net/ark:/87558/tekhne.25.3.1
Estudio del Proceso de Electrólisis para la Producción de Hidrógeno
Verde, a Partir del Agua de Mar
Rosa María Rodríguez
1
, Gabriel Da Silva
2
, Laura Urbina
3
rrodriguez@unimet.edu.ve
1
, ORCID: 0000-0002-1589-9392,gabriel.dasilva@correo.unimet.edu.ve
2
,
laura.urbina@correo.unimet.edu.ve
3
Universidad Metropolitana. Departamento de Química
123
Study of the Electrolysis Process for Green Hydrogen Production from
Seawater
Resumen
En este trabajo de investigación teórico, el objetivo fue el análisis y la comparación de los distintos métodos y
tecnologías de producción de hidrógeno verde, a partir del agua de mar, utilizando celdas solares como fuente
de energía. Para lograr el objetivo, se llevó a cabo, una extensa revisión bibliográfica, que permitió establecer y
escoger tanto, los componentes (electrolizadores y electrocatalizadores) de los sistemas utilizados para el
proceso de electrólisis del agua de mar, como los métodos asociados a ello, tomando en consideración posibles
procesos corrosivos involucrados. Se analizaron indicadores como densidad de corriente, estabilidad, tiempo
de vida útil, para finalmente, seleccionar un sistema integral donde se indica la fuente de energía externa:
(celda solar), agua de mar directa (DES), como electrolizador y el electrocatalizador: híbrido de Ni-NiO-
Cr
2
O
3
y un ánodo de NiFe/NiS
x
-Ni.
Palabras clave:
Electrólisis, electrolizador, electrocatalizador, corrosión
Abstract
In this theoretical research work the objective was the analysis and comparison of the different methods and
technologies to produce green hydrogen, from seawater, using solar cells as an energy source. To achieve the
objective, an extensive bibliographic
review was carried out, which allowed establishing and choosing both the
components (electrolyzes and electrocatalysts) of the systems used for the seawater electrolysis process, as well
as the methods associated with it, taking into consideration possible corrosive processes involved. Indicators
such as current density, stability, useful lifetime were analyzed, to finally select an integral system where the
external energy source is indicated: (solar cell), direct sea water (DES), as electrolyzes and electrocatalyst: Ni-
NiO-Cr
2
O
3
hybrid and a NiFe/NiSx-Ni anode.
Keywords:
Electrolysis, electrolyzes, electrocatalysts, corrosion
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Semestre septiembre-enero 2022
ISSN electrónico: 2790-5195
ISSN: 1316-39
Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons CC BY-NC-SA 3.0 y pueden ser reproducidos para cualquier uso no-
comercial otorgando el reconocimiento respectivo al autor.
https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/deed.es_ES
https://revistasenlinea.saber.ucab.edu.ve/index.php/tekhne/index
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Estudo do Processo de Eletrólise para a Produção de Hidrogênio Verde a
partir da Água do Mar
i.
INTRODUCCIÓN
En los últimos años, se ha buscado
incansablemente solucionar los problemas
relacionados a la alta demanda energética
por parte de la mayoría de las industrias y
los ciudadanos, generando un tipo de
energía que sea amigable con el medio
ambiente y a la vez pueda garantizar un
servicio para aumentar la calidad de vida
de las personas. La preocupación por
resolver estos problemas y proteger el
futuro del planeta, ha derivado en la
sustitución de combustibles fósiles por
combustibles amigables con el medio
ambiente, entre ellos, se encuentra el
hidrógeno verde como fuente de energía.
La dificultad de esto es que, a pesar de
que el hidrógeno es uno de los elementos
más abundantes en el planeta, no está
presente de forma pura en la naturaleza,
sino mezclado con otras sustancias
creando moléculas más complejas. El
reformado de hidrocarburos,
principalmente de metano, es actualmente
el proceso más utilizado y de menor coste,
siendo su principal inconveniente sus
elevadas emisiones de dióxido de carbono.
Hidrógeno verde es el nombre que se le da
al hidrógeno que ha sido generado a partir
de fuentes y energías renovables. Este
sirve como combustible, y al ser utilizado,
no genera CO
2
, el gas responsable de
efecto invernadero y que emiten al
quemarse la mayoría de los combustibles
fósiles, ya que no contiene carbono en su
interior. Es una fuente de energía limpia
que solo emite vapor de agua y no deja
residuos en el aire, a diferencia del carbón
y el petróleo. El hidrógeno verde es
el combustible del futuro, con una huella de
CO
2
nula y representará una revolución en
el sector de la energía y el transporte a
medio plazo. [1]
El uso del hidrógeno verde traería consigo
una reducción tanto en la emisión de gases
de efecto invernadero, como en la
generación de calor asociada los procesos
Resumo
Neste trabalho de investigação teórica, o objetivo foi a análise e comparação dos diferentes métodos e
tecnologias para a produção de hidrogénio verde, a partir da água do mar, utilizando células solares como
fonte de energia. Para atingir o objetivo, foi realizada uma extensa revisão bibliográfica, que permitiu
estabelecer e escolher tanto os componentes (eletrolisadores e eletrocatalisadores) dos sistemas utilizados para o
processo de eletrólise da água do mar, quanto os métodos a ele associados, levando em consideração possíveis
riscos corrosivos. processos envolvidos. Foram analisados
indicadores como densidade de corrente,
estabilidade, tempo de vida útil, para finalmente selecionar um sistema integral onde é indicada a fonte de
energia externa: (célula solar), água do mar direta (DES), como eletrolisador e eletrocatalisador: Ni-NiO-
Cr2O3 híbrido e um ânodo de NiFe/NiSx-Ni.
Palavras-chave:
Eletrólise, eletrolisador, eletrocatalisador, corrosão
2
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Estudio del Proceso de Electrólisis para la Producción de Hidrógeno Verde, a Partir del Agua de Mar
ROSA MARÍA RODRÍGUEZ, GABRIEL DA SILVA, LAURA URBINA
de producción de energía. En términos de
eficiencia, “el hidrógeno tiene el más alto
contenido de energía por unidad de peso
que cualquier otro combustible” [2] y por
eso lo hace el perfecto candidato para el
reemplazo de los combustibles
convencionales. De lo anteriormente
mencionado se desprende que sería
interesante manejar un método de
producción de hidrógeno verde, como sería
el asociado a la electrólisis del agua de mar
y que además utilice una fuente de
energías renovable.
En el presente trabajo de investigación, se
estudian los métodos de producción de
hidrógeno verde mediante la electrólisis del
agua de mar, así como los electrolizadores,
electrocatalizadores y las condiciones
necesarias para cada proceso. Se analizan
las dificultades relacionadas a la corrosión y
se escogen los componentes adecuados
que puedan soportar el proceso electrolítico
para generar hidrógeno de una manera
eficiente y sostenible en el tiempo.
Se pretende responder la siguiente
interrogante, ¿Cuál es la mejor tecnología
de electrólisis para producir hidrógeno
verde?
ii. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Los problemas existentes a raíz de la
combustión de combustibles fósiles han
contribuido y aún contribuyen a generar y
potenciar el cambio climático. La situación
se agrava cuando se considera la
creciente demanda de energía, bienes y
servicios, debido al incremento de la
población mundial y las pautas de
consumo. Además, las emisiones globales
de CO
2
relacionadas con la energía se
mantuvieron en 31.5 Gt, lo que contribuyó
a que el CO
2
alcanzará su concentración
anual promedio más alta en la atmósfera,
por lo que, la transición energética desde
los combustibles fósiles a las fuentes de
energía renovables es clave.
Surgió entonces el interés de integrar el
hidrógeno como vector energético ya que
tiene propiedades fisicoquímicas que le
permiten producir y almacenar grandes
cantidades de energía y liberarla cuando y
como sea necesario. En esa línea, la
electrólisis del agua para generar
hidrógeno combustible verde es una
atractiva tecnología de manejo y
almacenamiento de energía renovable. Sin
embargo, usar grandes cantidades de
agua dulce para el proceso supondría una
presión para los recursos hídricos vitales.
Esto se debe a que, el agua en todas sus
formas constituye una provisión fija de
aproximadamente 360 trillones de
galones. Casi el 97.2% de la provisión
mundial de agua se encuentra en los
océanos, por lo que la población depende
del 0,004% de la cantidad original para
abastecerse de agua dulce [3].
Por lo tanto, llevar a cabo el proceso con
agua de mar, sería una buena alternativa,
pero a la vez, implica tener en cuenta la
gran cantidad de aniones cloruro
agresivos que limitan la vida útil del
sistema que podría utilizarse para realizar
un proceso donde se involucre el agua de
mar. Hay que destacar que, para la
electrólisis del agua de mar, se hace
necesario el uso de electrocatalizadores
robustos y eficientes que permitan resistir
la corrosión por cloruros, especialmente
para el ánodo [4].
En función de lo antes mencionado, se
llevó a cabo un estudio sobre la posibilidad
de producción de hidrógeno a partir del
agua del mar, utilizando celdas solares
como fuente de energía, enfocado en el
proceso de electrólisis. Se manejó como
una posible alternativa sostenible para el
almacenamiento de energía eléctrica en
forma de gas combustible para su
posterior utilización.
3
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iii. OBJETIVOS
1. Objetivo General
Estudiar el proceso de electrólisis para la
producción de hidrógeno verde a partir del
agua de mar, utilizando celdas solares como
fuente de energía.
2. Objetivos Específicos
● Realizar una revisión bibliográfica que
permita analizar la utilización del
hidrógeno como vector de energía
limpia con el fin de conocer los
antecedentes de este tipo de
combustible y sus formas de
producción.
● Comparar las diferentes tecnologías
para la producción de hidrógeno a
partir del agua de mar, para
seleccionar la más adecuada, enfocada
hacia procesos de electrólisis.
● Identificar los problemas asociados al
problema de corrosión por los iones
cloruros.
● Escoger los componentes
(electrolizadores, electrocatalizadores e
inhibidores), que eviten los procesos
corrosivos generados por la presencia
del cloruro y que permitan las
condiciones óptimas de producción de
hidrógeno verde.
3. Justificación
El hidrógeno es el combustible del futuro
ya que provee energía suficiente para
satisfacer la demanda mundial, y es
prácticamente inocuo con respecto al
medio ambiente dado que su combustión
no emite gases de efecto invernadero,
como ocurre con los combustibles
convencionales. Esto lo hace
particularmente apropiado para sustituir los
productos derivados del petróleo.
Por lo tanto, surgió el interés de incorporar
métodos de producción de hidrógeno a
través de sistemas ambientalmente
amigables con energías renovables. En
particular, dadas las condiciones
favorables de radiación solar del país, se
planteó la posibilidad de utilizar esta fuente
inagotable de energía en la producción de
hidrógeno, a través de un proceso de
electrólisis del agua del mar, ello, enfocado
hacia un futuro, donde se pudiese instalar
algún sistema de este tipo, en zonas
costeras.
Cabe destacar que, la electrólisis de agua
dulce a escala de red supondría una gran
presión para los recursos hídricos vitales y
no es lo deseable. En este estudio teórico,
se comparó el proceso de electrólisis del
agua de mar con el proceso de electrólisis
del agua dulce.
iv.
MARCO TEÓRICO
1. Energías Renovables
Son aquellos recursos cuyas fuentes son
únicamente naturales y prácticamente
inagotables, esta cualidad puede darse por la
inmensa cantidad de energía que contienen y
por ser capaces de reponerse más rápido del
que se consumen. Entre ellas se incluyen: la
hidroeléctrica, bioenergía, geotérmica,
aerotérmica, solar, eólica y oceánica. [5]
Debido al impacto ambiental que los
combustibles convencionales (fósiles) tienen
con el ambiente, los países han empezado a
implementar el uso de energías renovables.
En el apartado siguiente se presenta una
descripción de la energía solar fotovoltaica de
especial interés para esta investigación.
Además, debido a la dependencia actual de
los combustibles fósiles, se analiza el
hidrógeno como vector energético.
2. Energía Solar Fotovoltaica
Es la conversión directa de radiación solar en
electricidad, mediante el llamado efecto
fotovoltaico. El efecto fotovoltaico se basa en
que la luz puede generar una corriente
eléctrica al iluminar ciertos materiales
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semiconductores. Éstos se caracterizan
porque conducen la electricidad mejor que un
aislante y con menor eficiencia que un metal,
pero sobre todo porque mejoran su capacidad
para conducir la electricidad al ser iluminados.
Cuando incide la luz sobre un semiconductor,
la energía suministrada ayuda a darle mayor
movilidad a algunos de los electrones
presentes en el material, por lo que su
capacidad para conducir la electricidad
aumenta [6].
Sin embargo, para producir el efecto
fotovoltaico no basta con liberar electrones. Es
necesario que aparezca un voltaje que mueva
a estos electrones en una dirección
preferencial, generando una corriente
eléctrica. La forma más común de lograr esto
es unir dos materiales semiconductores de
características electrónicas diferentes [6].
Dado que la potencia que genera una celda
solar es pequeña, lo que se hace es conectar
varias entre sí para aumentar el voltaje o la
corriente. Generalmente se fabrican para
producir voltajes de 12 o 24 voltios de
corriente directa. A un conjunto de varias
celdas conectadas entre sí se le llama panel o
módulo fotovoltaico [6]. En la Figura 1 se
muestra una celda fotovoltaica
Figura 1: Estructura básica de una celda fotovoltaica.
Fuente: Adaptado de Energía solar fotovoltaica de
Arancibia y Best y Brown (2010) [6]
3. Hidrógeno, vector energético
El hidrógeno es el elemento químico más
abundante en la Tierra, constituye
aproximadamente un 75% de la materia del
planeta, pero se encuentra combinado con
otros elementos como el oxígeno formando
moléculas de agua, o al carbono, formando
compuestos orgánicos. Por tanto, no es un
combustible que pueda tomarse directamente
de la naturaleza, sino que es un vector
energético y por ello se tiene que fabricar [7].
Uno de los mayores desafíos del siglo XXI ha
sido la inclusión de vectores energéticos
limpios y eficientes en la matriz energética, lo
que es fundamental para un sistema de
energía limpia sustentable. Los vectores
energéticos son dispositivos portadores de
energía, es decir, la almacenan y la
transportan no la producen [8]. Como se
mencionó anteriormente, el hidrógeno se
considera un vector energético porque para
producirlo, se debe invertir energía en el
proceso ya que en la naturaleza se encuentra
mayoritariamente en conjunto a compuestos
orgánicos, hidrocarburos o con oxígeno
formando agua [9].
4. Tipos de hidrogeno:
a. Hidrógeno gris
El hidrógeno gris es el que se genera a partir
de la reformación del gas natural. Para
producir una tonelada de H
2
gris se emiten de
9 a 12 toneladas de CO
2.
Esto es una cantidad
significativa de emisiones de GEI,
principalmente CO
2
. Actualmente es el más
abundante y el más económico [10].
b. Hidrógeno azul
El hidrógeno azul es el que se ha generado
como el gris, pero capturando y almacenando
el CO
2
resultante de la reforma. Es un
hidrógeno de bajas emisiones y es el más
viable para reducir emisiones en el corto y
mediano plazo [10].
c. Hidrógeno verde
El hidrógeno verde es también llamado
“hidrógeno limpio” y se corresponde con el
5
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hidrógeno renovable, es decir, aquel que no
genera prácticamente ningún tipo de
emisiones durante su producción. Es el más
caro, pero para 2030 se prevé un
abaratamiento de un 60% debido a la bajada
de precio de los electrolizadores y de la
energía renovable [10].
d. Hidrógeno marrón
Es un tipo de hidrógeno similar al gris, pero
generado a partir del carbón [10].
5. Métodos de Producción de hidrógeno
Actualmente se pueden encontrar varios
métodos de producción de hidrógeno. El
proceso de producción más habitual es el
reformado de gas natural con vapor de agua,
los destilados del petróleo, el metanol, etc.
También se puede obtener hidrógeno a partir
de biomasa, de procesos de fermentación
alcohólica o por gasificación. Sin embargo, el
proceso más prometedor para su producción
es la electrólisis, ya que se trata de un proceso
más sostenible y si con este proceso se
acompaña el uso de energías renovables sus
beneficios medioambientales son mayores [1].
Los procesos de producción de hidrógeno
amigables con el medio ambiente pueden ser
clasificados dentro de 4 categorías basadas en
el origen de producción, que son:
● Fotolíticos
● Termolíticos
● Termoquímicos
● Electroquímicos
Figura 2: Métodos de producción de hidrógeno
Nota: Adaptado de Aguado et al., 2021[1]
a. Procesos Fotolíticos
Los procesos fotolíticos son los que
aprovechan la energía solar utilizando la
radiación para provocar la hidrólisis del agua.
A continuación, se describen cuatro de ellos:
● Biofotólisis
● Fotoelectrólisis
● Ciclos termoquímicos de alta
temperatura
● Electrólisis de alta temperatura (vapor)
La luz solar es una energía directa, abundante
y económica que en una gran medida es
absorbida por compuestos químicos para
producir procesos fotolíticos.
Biofotólisis
Se extrae el hidrógeno del agua mediante luz
solar y microorganismos especializados como
algas verdes y cianobacterias. Estos
microorganismos consumen agua y generan
6
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hidrógeno como subproducto de sus procesos
metabólicos naturales, aunque a velocidades
demasiado bajas para una producción
comercial y con eficiencias de conversión
limitadas [1].
Fotoelectrólisis
Se trata de la electrólisis del agua provocada
por la diferencia de potencial debido a la
incidencia de radiación solar sobre electrodos
fabricados a partir de ciertos materiales
semiconductores. Este procedimiento presenta
un gran potencial de reducción de costes, con
una eficiencia mayor que la electrólisis
alimentada con celdas fotovoltaicas. [1].
Este es un proceso limpio que no genera
gases contaminantes, pero se encuentra en
desarrollo, por lo que se espera en largo plazo
se vuelva una tecnología prometedora para la
producción de hidrógeno.
Ciclos termoquímicos de alta temperatura
Estos ciclos utilizan el calor solar para producir
hidrógeno mediante la división del agua por
pasos termoquímicos[11].
Según el departamento de energía americano
(s.f), los procesos termoquímicos de división
del agua utilizan calor a alta temperatura
(500°C-2.000°C) para impulsar una serie de
reacciones químicas que producen hidrógeno.
Los productos químicos utilizados en el
proceso se reutilizan dentro de cada ciclo,
creando un circuito cerrado que consume solo
agua y produce hidrógeno y oxígeno. Las altas
temperaturas necesarias se pueden generar
de las siguientes formas:
● Concentrar la luz solar en una torre del
reactor mediante un campo de espejos
"heliostatos", su función es redirigir la
energía solar que recibe la tierra de forma
natural para concentrarla en un punto. En
este punto, se alcanzan altas temperaturas.
Con este calor se puede generar vapor para
accionar una turbina convencional y, así,
generar electricidad limpia.
● Utilización de calor residual de reactores
nucleares avanzados.
Electrólisis de alta temperatura (vapor)
En la electrólisis de alta temperatura (HTE),
parte de la energía puede introducirse como
calor de alta temperatura procedente de la
energía solar concentrada (CSP), lo que
conduce a una eficiencia del proceso
significativamente mayor. [12].
b. Procesos Termolíticos
La termólisis consiste en extraer el hidrógeno
de la molécula de agua mediante la aplicación
de calor.
En los procesos de descomposición térmica
directa, el agua se descompone en hidrógeno
y oxígeno a temperaturas de unos 2500 ºC;
mientras que, en los ciclos termoquímicos, se
produce la reducción endotérmica de ciertos
óxidos metálicos y la posterior electrólisis del
agua a temperaturas de aproximadamente
1000 ºC [1].
Los procesos termolíticos y fotolíticos son
tecnologías que presentan un potencial
aprovechable para la producción de hidrógeno
verde pero aún se encuentran en fase de
investigación.
c. Procesos termoquímicos
En los procesos termoquímicos, la energía
contenida en el combustible se utiliza para
elevar la temperatura del interior del reactor,
favoreciendo el inicio de reacciones para la
liberación del hidrógeno que forma parte de su
composición química [1].
Entre los procesos de producción de
hidrógeno se pueden encontrar:
● Reformado
● Gasificación
La característica común de ambos procesos
es que generan emisiones de dióxido de
carbono como subproducto en menor o mayor
medida.
d. Procesos Electroquímicos
7
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ROSA MARÍA RODRÍGUEZ, GABRIEL DA SILVA, LAURA URBINA
Los procesos electroquímicos son aquellos
que consisten en reacciones de óxido-
reducción, donde la reacción química es
provocada por una corriente eléctrica continua.
Los procesos electroquímicos son capaces de
controlar el cambio de volumen y el potencial
de un material, de hecho, son capaces de
cambiar cualquier propiedad que dependa del
material.
Entre ellos podemos encontrar:
● La fotoelectroquímica
● La electrólisis de los haluros
● La electrólisis del sulfuro de hidrógeno
● La electrólisis gravitacional
● La electrólisis del agua y agua de mar
Siendo esta última el principal punto de
estudio de este trabajo.
6. Electrólisis
A pesar de que el hidrógeno puede obtenerse
de distintas formas, la eficacia plena del
hidrógeno como combustible del futuro se
puede conseguir utilizando electricidad en su
producción electrolítica, extrayéndose del
agua, siempre que la electricidad provenga de
energías renovables.
La electrólisis del agua, es el proceso en el
cual se usa energía eléctrica para inducir una
reacción química no espontánea, que permita
obtener hidrógeno y oxígeno. Este proceso se
lleva a cabo en un dispositivo que se conoce
como celda electrolítica.
Además, una celda electrolítica, está
compuesta por un ánodo, un cátodo, un
separador o diafragma, una fuente de
alimentación y un electrolito. Siendo lo más
importante para este proceso los electrodos,
ya que en ellos ocurre la transferencia de
electrones desde el ánodo (oxidación) hacia el
cátodo (reducción) y la migración de iones,
entre ellos.
7. Usos del hidrógeno
El hidrógeno puede utilizarse para fines
energéticos o como reactivo químico en
procesos industriales. Sin duda, una de las
propiedades más destacables del hidrógeno
es su capacidad como vector energético [1].
Por otro lado, el hidrógeno se utiliza desde
hace muchos años como materia prima en las
industrias química, petroquímica,
farmacéutica, electrónica, metalúrgica y
aeroespacial.
Por último, hay que destacar su uso en las
pilas de combustible para producir electricidad
o en motores de combustión interna para
mover vehículos, ya que se espera que las
compañías automovilísticas realicen enormes
inversiones en esta área.
8. Agua de mar
Los mares y océanos contienen alrededor del
96,5% de toda el agua del planeta. Ese
porcentaje corresponde a agua salina, aunque
el agua de mar además de la sal tiene otras
propiedades, tanto físicas como químicas, que
la hacen diferente del agua dulce. El agua de
mar es una mezcla de 96,5% de agua pura y
3,5% de otros materiales, tales como sales,
gases disueltos, sustancias orgánicas y
partículas sin disolver [13].
El uso del agua de mar combinado con
energías renovables como la eólica y la solar,
permite producir hidrógeno verde [14].
9. Características fisicoquímicas del agua de
mar
Tabla I. Características fisicoquímicas del agua de mar.
Características fisicoquímicas del agua de mar
Temperatura (°C)
Entre -2
(aguas
polares) y
37 (Mar
Rojo)
Presión (atm)
100 a 100
mts de
profundidad
Punto de congelación (°C)
-2
Densidad (Kg/m
3
)
1025
Salinidad (p.s.u.)
35
Punto de ebullición (°C)
100
pH
Entre 7,5 y
8,4
Conductividad eléctrica (mS/cm)
50
Nota: Elaboración propia a partir de Cengel y Boles
(2011) [15]
8
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10. Electrólisis del agua de mar
La electrólisis del agua es el proceso más
directo para obtener hidrógeno y oxígeno de
alta pureza. El proceso consiste en
descomponer electroquímicamente el agua por
medio de una corriente eléctrica que circula
entre dos electrodos separados e inmersos en
esta solución acuosa conductora adecuada.
Los electrodos deben ser resistentes a la
corrosión, tener buena conductividad eléctrica,
exhibir buenas propiedades catalíticas e
integridad estructural. El proceso también
requiere la implementación de un diafragma o
separador para evitar la recombinación de
hidrógeno y oxígeno que se genera en los
electrodos, pero a la vez debe tener alta
conductividad iónica para permitir el pasaje de
iones. En la celda electrolítica se convierte
energía eléctrica y térmica en energía química
que puede ser almacenada como combustible
(hidrógeno).
La reacción global en la celda es:
H
2
O
(l)
→ H
2(g)
+ ½ O
2(g)
11. Tecnologías de producción hidrógeno
a. Electrolizadores
Un electrolizador está formado por un grupo
de celdas, cada una de las cuales está
provista de un electrodo negativo o cátodo y
un electrodo positivo o ánodo [1].
Los componentes de un electrolizador son
comunes para todos los sistemas de
electrolisis. Sin embargo, dependiendo del
electrolito utilizado pueden clasificarse en:
● Electrolizadores Alcalinos
● Electrolizador de membrana de
intercambio protónico o de membrana
polimérica (PEM)
● Electrolizadores de óxido sólido (SOE)
● Electrólisis directa del agua de mar
(DES)
Los electrolizadores que funcionan a
temperaturas inferiores a 150 ºC se
denominan electrolizadores de baja
temperatura y los electrolizadores que operan
a temperaturas en el rango de 700–1000 ºC se
denominan electrolizadores de alta
temperatura. [1].
b. Electrolizadores Alcalinos
En el caso de los electrolizadores alcalinos,
ocurren las siguientes reacciones:
General: H
2
O
(l)
→ H
2(g)
+ ½ O
2(g)
Ánodo: 2OH
-
(ac.)
→ H
2
O
(g)
+ ½ O
2(g)
+2e
-
Cátodo: 2H
2
O
(l)
+2e
-
→ H
2(g)
+ 2OH
-
(ac.)
En las celdas de electrolizadores alcalinos, el
agua líquida es la alimentación y el electrolito
es un cáustico concentrado, normalmente se
utiliza hidróxido de sodio (sosa cáustica) o
hidróxido de potasio (potasa cáustica), este
último se utiliza de forma más frecuente. La
electrólisis alcalina es el método más
desarrollado hasta ahora para la producción
de hidrógeno [15].
Este tipo de tecnología funciona entre los 60
ºC y 90 ºC. La estructura de la celda es muy
simple, pero necesita un separador para evitar
que las salidas gaseosas se mezclen. El
separador es un instrumento que requiere que
se renueve periódicamente porque puede
obstruirse y deteriorarse, como consecuencia
de las impurezas presentes en el agua de
alimentación de la celda de electrólisis [16].
Los electrolizadores alcalinos pueden
funcionar a baja presión, generalmente a 30
bares, por lo que se puede ahorrar energía
cuando se requiere hidrógeno comprimido a la
salida. El voltaje de una sola celda suele estar
en torno a 1,7 y 1,8 voltios, con densidades de
corriente que suelen oscilar entre 100 mA/cm2
y 300 mA/cm2. Esta tecnología es la más
estudiada y recomendada para aplicaciones
estacionarias en tierra porque no se necesitan
catalizadores ni electrodos caros. Con el
correcto mantenimiento, la vida útil de los
electrolizadores alcalinos puede superar las
100.000 horas.
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c. Electrolizador de membrana de intercambio
protónico o de membrana polimérica (PEM)
En este caso, ocurren las siguientes
reacciones:
General: H
2
O
(l)
→ H
2(g)
+ ½ O
2(g)
Ánodo: H
2
O
(l)
→ ½ O
2(g)
+ 2H
+
(ac)
+2e
-
Cátodo: 2H
+
(ac)
+2e
-
→ H
2(g)
El electrolizador de membrana de intercambio
protónico (PEM) utiliza agua líquida como
alimentación, al igual que los electrolizadores
alcalinos. Este tipo de tecnología utiliza como
electrolito un polímero sólido con alta
conductividad de carga. Sus características
principales son la modularidad y compacidad,
por su estructura de brecha cero. El concepto
de brecha cero consiste en un conjunto
Membrana-Electrodo (MEA), que comprende
una sola pieza que une todos los elementos
necesarios de una sola celda en un sándwich
de tres capas. Por este complejo sistema, el
PEM requiere de un mecanismo muy preciso
en sus placas bipolares para lograr un
contacto limpio y homogéneo entre ellas y los
electrodos porosos. [16].
Estos componentes traen como consecuencia
que el electrolizador de membrana de
intercambio protónico sea más costoso que
otras alternativas. Sin embargo, la ventaja de
este electrolizador es que no requiere
mantenimiento durante todo su ciclo de vida, el
cual puede llegar a las cien mil horas si se
utiliza agua ultra pura en la alimentación [16].
Por otro lado, en comparación con el
electrocatalizador alcalino, el PEM tiene una
tasa de degradación un poco superior, lo que
genera que su eficiencia sea menor también al
primero. El PEM puede funcionar de igual
manera a bajas presiones, normalmente
alrededor de 30 bares, lo que permite ahorrar
energía en la compresión posterior [16].
Por último, el PEM es la tecnología más
sensible a la presencia de impurezas, la
presencia de Mg
+2
(aq) y Ca
+2
(aq) puede
conducir a la precipitación de Mg(OH)
2
y
Ca(OH)
2
en el lado catódico de la MEA, lo que
conduce a daños irreversible [16].
d. Electrolizadores de óxido sólido (SOE)
Las reacciones que se realizan en este tipo de
electrocatalizadores son:
General: H
2
O
(g)
+ ½ O
2(g)
→ H
2(g)
Ánodo: O
2-
(g)
→ ½ O
2(g)
+ 2e
-
Cátodo: H
2
O
(g)
+ 2e
-
→ H
2(g)
+O
2(g)
La mayor diferencia con respecto a los otros
dos casos es que este tipo de tecnología
utiliza vapor sobrecalentado como
alimentación. El electrolito es una membrana
de cerámica que presenta una alta
conductividad a los iones de oxígeno a altas
temperaturas. Las celdas SOE funcionan por
encima de los 1000 mA/cm
2
, con un voltaje de
aproximadamente 1,3 V y con temperaturas
entre 700 ºC y 1000ºC. Esta tecnología puede
trabajar continuamente por más de 10000
horas [16].
El hidrógeno producido vendrá acompañado
con vapor sobrecalentado a muy altas
temperaturas. Esto hace muy complejo del
hidrógeno que se produce, además de afectar
el tiempo de vida del electrocatalizador que
vaya a ser utilizado en estos casos, por las
fatigas térmicas que se producen por el
continuo calentamiento y enfriamiento [16].
Se puede estimar que los costos de esta
tecnología son mayores a los de los
electrolizadores alcalinos o los PEM porque
los componentes de la planta tienen
condiciones más exigentes para su correcto
funcionamiento [16].
Por último, las principales ventajas de los
sistemas SOEC son la alta eficiencia
energética, y que pueden funcionar en modo
reversible (RSOC), tanto en modo de
electrólisis (SOEC) como en modo pila de
combustible (SOFC), similar a una batería
pero que pueden generar energía utilizando
diferentes combustibles como hidrógeno,
hidrocarburos, alcoholes, entre otros [17].
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e. Electrólisis directa del agua de mar (DES)
Las reacciones que se realizan son las
siguientes:
General:
2NaCl
(ac.)
+ 2 H
2
O
(l)
→ Cl
2(g)
+ 2NaOH
(ac.)
+H
2(g)
Ánodo: 2Cl
-
(ac)
→ Cl
2(g)
+ 2e
-
Cátodo: 2e
-
+ 2H
2
O
(l)
→ H
2(g)
+2OH
-
(ac.)
En este caso, el electrolito es la propia agua
de mar, la cual es la alimentación.
Los mecanismos de electrólisis de DES son
conocidos y bastante estudiados por la
industria química, se llaman procesos
cloro/alcalinos. Este proceso considera la
producción de hidrógeno como un subproducto
[16].
Los típicos potenciales electrolíticos de una
sola celda para el DES son desconocidos, ya
que no hay ejemplos o usos comerciales
significativos que se basen en esta tecnología.
Se han realizado en varias ocasiones pruebas
de laboratorio con cloradores de piscinas
comerciales y agua de mar a 20 ºC que
demuestran que las densidades de corriente
del DES a 4,0 voltios de tensión de la celda
son de unos 10 mA/cm
2
[16].
Para mantener buenos niveles de la eficiencia
energética de la reacción electroquímica y
garantizar la resistencia a la corrosión de los
electrodos hacia las burbujas de cloro formado
en el ánodo, los electrodos están hechos de
titanio cubiertos por una fina capa de
catalizador de plata, iridio y rutenio, lo que los
hace electrocatalizadores de alto costo [16].
Los cloradores salinos para piscinas,
fabricados con los mismos materiales y que
trabajan en condiciones similares, suelen durar
unas 10.000 horas. Sin embargo, con la
presencia de magnesio o calcio en el agua de
mar de alimentación, se espera que se
produzca un precipitado en el cátodo,
afectando drásticamente a su rendimiento [16].
12. Corrosión
La Corrosión es un término que se utiliza para
describir el proceso de deterioro de materiales
metálicos (incluyendo tanto metales puros,
como aleaciones de estos), mediante
reacciones químicas y electroquímicas [18].
Así mismo, el deterioro por causas físicas no
se denomina corrosión, sino se describe como
erosión, rozamiento o desgaste [18]. Además,
según el mecanismo de la corrosión, puede
ser química o electroquímica.
a. Corrosión Electroquímica
La corrosión electroquímica es el resultado de
la reacción entre una superficie metálica y un
entorno conductor de iones [19]. Esta
corrosión puede producirse si el metal entra en
contacto con un electrolito para el transporte
de la corriente eléctrica.
Por lo tanto, el paso de electrones e iones de
una fase a otra limítrofe constituyen un
fenómeno electródico, es decir,
transformaciones materiales con la
cooperación fundamental, activa o pasiva, de
un campo eléctrico macroscópico,
entendiéndose por macroscópico aquel campo
eléctrico que tiene dimensiones superiores a
las atómicas en dos direcciones del espacio
[20].
b. Corrosión Química
Las reacciones de corrosión en seco son
reacciones químicas directas entre un metal y
el medio, esta consiste en la oxidación de
metales, formándose una película solida de
productos de reacción sobre la superficie
metálica [21].
Así mismo, aunque el medio no es conductor,
esta forma de corrosión también puede
considerarse electroquímica, por lo que los
procesos iónicos se limitan a la superficie del
metal y a las capas de productos de corrosión
[19].
Además, el óxido férrico o herrumbre consume
el metal. Es el producto más común derivado
de la corrosión en presencia de oxígeno.
c. Factores que afectan la velocidad de
corrosión
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Se pueden distinguir cinco factores que juegan
un papel predominante y afectan a la
velocidad en la que se da la corrosión de los
materiales: el oxígeno, la temperatura, las
sales químicas, los gases y la humedad y
contaminantes.
d. Iones cloruro en el agua de mar.
Como el agua de mar contiene una gran
cantidad de aniones cloruro agresivos, la
electrólisis del agua de mar necesita
electrocatalizadores robustos y eficaces que
eviten los procesos corrosivos por cloruros.
Si hay iones de cloruro en la solución
electrolítica, puede producirse una reacción
competitiva de evolución del cloro (CER)
(ecuación (1)), puede ocurrir en el ánodo.
(1) 2Cl
-
(ac)
→ Cl
2(g)
+2e
-
El cloro activo producido electroquímicamente
puede oxidarse a clorato en el ánodo,
reducirse en el cátodo a cloruro, o
transformarse químicamente en clorato.
La presencia de cloruros causa una grave
corrosión en los electrodos. Esto ocurre por el
mecanismo de cloruro-hidróxido metálico, que
consiste en la adsorción de cloro debido a la
polarización de la superficie lo que causa la
disolución del metal. La corrosión se considera
uno de los principales problemas en el proceso
de la electrólisis, ocasionando una disminución
de los rendimientos y hasta un cambio drástico
de pH [22].
Se puede afirmar que, a valores relativamente
bajos de pH, se tiende hacia la evolución del
cloro y que valores altos del pH tienden a la
formación del anión hipoclorito. Estas especies
(Cl
2
) además de ser dañinas para el medio
ambiente, también tienen desventajas en los
electrodos utilizados [22].
e. Electrocatalizadores resistentes a los iones
cloruros
Los electrocatalizadores funcionan
proporcionando entornos propicios para el
combustible de hidrógeno y la electrosíntesis
del material [23].
Además, un electrocatalizador es un
catalizador que participa en reacciones
electroquímicas [24]. Los electrocatalizadores
son una forma específica de catalizadores que
funcionan en las superficies de los electrodos
o, más comúnmente, pueden ser la propia
superficie del electrodo.
De todo lo anteriormente mencionado, se
desprende que son varios factores los que
influyen en la cantidad y calidad del hidrógeno
producido, por lo que, es importante destacar
que, el potencial termodinámico para la
disociación del agua es 1,23 V a 25 °C y 1
atm. Sin embargo, de hecho, se debe aplicar
voltajes más altos que el valor potencial
termodinámico para poder lograr la total
división electroquímica del agua y compensar
posibles reacciones colaterales. A este exceso
de potencial se le conoce como sobrepotencial
(𝛈) y se aplica principalmente para superar las
barreras intrínsecas de activación presentes
en el ánodo y en el cátodo [25],[26].
La reacción competitiva de evolución de
hidrógeno (HER) y su capacidad de ajuste
dependen del electrocatalizador en términos
de composición y morfología.
Es de destacar que el agua de mar natural, a
temperatura ambiente tiene un pH entre 7.5 y
8.4
El valor de se ha establecido en 10 mA/cm
2
y corresponde a la densidad de corriente
asociada al sobrevoltaje necesario para que se
lleve a cabo la reacción específica de
producción de hidrógeno (HER), evitando las
posibles reacciones colaterales.
13. Métodos de producción de hidrogeno
verde, a partir del agua de mar
La producción de hidrógeno a partir de la
electrólisis del agua de mar se puede llevar a
cabo a través de distintos de procesos, entre
ellos se puede encontrar: la desalinización del
agua de mar, la eliminación de los iones
cloruros presentes en el agua de mar, el uso
directo del agua mar, entre otras.
Hasta hoy, existen tres enfoques principales
para reducir la evolución del cloro durante la
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electrólisis de soluciones de NaCl y agua de
mar:
A. El funcionamiento a densidades de
corriente muy bajas (<1 mA/cm
2
).
B. Aplicación de catalizadores especiales
para evitar la evolución del Cl
2
.
C. Recubrimiento de un ánodo con una
membrana de intercambio catiónico
para evitar la adsorción de Cl en el
ánodo.
a. Electrólisis de agua de mar sin cloro
La selectividad entre la evolución anódica del
cloro y el oxígeno durante la electrólisis de
soluciones de NaCl depende de la
composición del ánodo, el potencial aplicado,
la temperatura, la densidad de corriente y la
composición del electrolito. La eficiencia de la
corriente para la reacción de evolución del
cloro aumenta mientras menor sea el pH de la
solución electrolítica. [27].
La Figura 3 muestra el principio del proceso
continuo propuesto para la producción
electroquímica de H
2(g)
sin cloro a partir de
agua de mar. El proceso propuesto se basa en
cuatro hipótesis y fenómenos: (i) la producción
anódica de Cl
2
puede ser completamente
inhibida por los iones OH; (ii) la solubilidad del
NaCl en soluciones acuosas de NaOH
disminuye debido al efecto de los iones
comunes que lleva a la salinización del NaCl;
(iii) la solubilidad del NaCl en soluciones de
NaOH es mayor a temperaturas más altas; y
(iv) el NaOH no se consume en la electrólisis
del agua. [27].
Figura 3: Proceso propuesto para la electrólisis de agua sin cloro
Nota: Adaptado de Amikam et al. (2018) [27]
El sistema fue operado con éxito durante 12
días para la electrólisis de solución acuosa
saturada de NaCl (≈160 g NaCl
(aq)
/kgH2O a 50
ºC) del 30%wt de NaOH utilizando electrodos
de Ti/TiO
2
-IrO
2
-RuO
2
a densidad de corriente
fija de ≈470 mA/cm2. En 12 días de operación
no se produjo evolución de cloro ni producción
de clorato mientras que las concentraciones
de NaOH y NaCl disueltos permanecieron
constantes. Se produjeron unos 1,2 m
3
de
hidrógeno gaseoso y 150 g de NaCl se
precipitaron en el sistema, pero no se observó
ninguna acumulación de sal de NaCl fuera de
la zona de sedimentación de NaCl [27].
b. Desalinización y electrólisis del agua de mar
Para este método generador de hidrógeno, se
utiliza el electrocatalizador de membrana de
intercambio de protones (PEME),
característico de bajas temperaturas y alto
consumo de energía. Debido a esto, en este
proceso se va a proponer un sistema de
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conversión de energía, utilizado en áreas
costeras con radiaciones solares favorables.
[28].
Este sistema consiste en un subsistema solar,
PTSC (Colectores solares cilindro parabólicos)
y tanque de almacenamiento térmico, un ORC
(Ciclo Rankine Orgánico), y una unidad de
desalinización, esta unidad aplica procesos de
humidificación y deshumidificación (HDH) que
produce agua desalinizada. En primer lugar, la
energía solar se absorbe a través de los
colectores solares cilindros parabólicos
(PTSC) y se transfiere al aceite therminol-66,
que funciona como el fluido operativo del
subsistema solar [28].
La electricidad producida es un semiproducto
de este sistema y cuando ésta es consumida
por el electrocatalizador, produce hidrógeno
[28].
Hay una pérdida de calor en la bomba ORC, y
ésta se utiliza como fuente de calor del
proceso HDH, que utiliza uno de los
intercambiadores para producir el agua
desalinizada a partir del agua de mar [28].
Después de este proceso de desalinización, el
agua desalada tiene la misma temperatura que
la necesaria para el funcionamiento del PEME,
debido al intercambiador de calor. Sin
recuperar el calor perdido, no se pudiera
completar el proceso e involucraría costos
mucho más altos relacionados con los
subproductos, haciendo el sistema inviable
[28].
Por último, el agua desalinizada ingresa al
electrocatalizador junto con la electricidad
producida, suministrada por la bomba ORC y
luego de llevar a cabo varias reacciones
químicas, se produce hidrógeno. El sistema
opera en estado estacionario, con temperatura
ambiente de alrededor 298.15 K y una presión
atmosférica de 101.3 Kpa [28]. De este
proceso se concluye que la mayor producción
de H
2
es de 4,42 g/respectivamente, a una
densidad de corriente de 0.5 A/cm
2
Por otra parte, se propone un sistema de
desalinización del agua de mar basado en la
ósmosis inversa [29], la cual ha experimentado
enormes avances tecnológicos. A lo largo de
los años, con la mejora de la tecnología de
membranas, los dispositivos de recuperación
de energía más eficientes y la optimización del
proceso de los sistemas de ósmosis inversa,
han resultado en la reducción de los requisitos
de energía, capital y costos operativos
asociados con esta tecnología.
Por otra parte, se presenta un estudio de caso
de un sistema de electrólisis de agua PEM
para 50 toneladas/día de H
2
a una densidad de
corriente > 1-2 A/cm
2
, capacidad de
producción acoplada a una planta de SWRO
(electrólisis del agua de mar a partir de la
osmosis inversa) [29]. El sistema SWRO
requiere pasos de pretratamiento físicos (p.ej.,
medios duales, filtros de sedimento y carbón o
membranas de baja presión) y químicos (p.ej.,
polímero coagulante, antiincrustante, ácido,
cloración/ decloración) con complejidad
variable dependiendo de la calidad del agua
de alimentación. Para controlar la
bioincrustación y descamación de la
membrana, el sistema SWRO requiere pasos
de pretratamiento físicos (p.ej., medios duales,
filtros de sedimento y carbón o membranas de
baja presión) y químicos (p.ej., polímero
coagulante, antiincrustante, ácido, cloración/
decloración) con complejidad variable
dependiendo de la calidad del agua de
alimentación [29].
El sistema acoplado SWRO-PEM (Figura 4)
podría ubicarse cerca de regiones costeras
con intensa radiación solar y patrones de
viento para producir electricidad renovable
utilizando energía fotovoltaica o turbinas
eólicas o incluso estructuras en alta mar si se
desea, por ejemplo, suministro de hidrógeno
para el transporte marítimo [29].
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Figura 4: Esquema de la planta SWRO-PEM
Nota: Adaptado de Khan et al. (2021) [29]
c. Producción de hidrógeno mediante la
electrólisis directa del agua de mar
Para producir hidrógeno a partir del agua de
mar como producto objetivo, se pueden tomar
distintas rutas, entre ellas:
1- La electrólisis del agua alcalina es la
tecnología utilizada para la producción de
hidrógeno electrolítico a gran escala. Se han
realizado importantes mejoras en este
proceso, lo que ha mejorado la eficiencia de
las células producidas y mayores densidades
de corriente [30].
El hidróxido de sodio y el cloro son los
productos principales y el hidrógeno un
subproducto. La celda para la electrólisis del
agua dulce se conoce como celda H
2
/O
2
,
mientras que la de la electrólisis de salmuera
para producir hidróxido de sodio es la celda
H
2
/Cl
2
[30].
En la primera celda, el hidrógeno y oxígeno se
producen en proporción de 2:1, mientras que
en la segunda el hidrógeno/cloro en 1:1 [30].
En primer lugar, la evolución del oxígeno y del
cloro generan hidrógeno de la siguiente
manera:
Celda 1 H
2
O
(l)
→1/2 O
2(g)
+2H
+
(g)
+2e
-
2e
-
+ 2H
2
O
(l)
→ H
2(g)
+2OH
-
(ac.)
Todo el cloro generado en el ánodo sufre una
hidrólisis inmediata que también genera
hidrógeno de la siguiente manera:
Celda 2 2Cl
-
(ac)
→ Cl
2(g)
+2e
-
Cl
2(g)
+H
2
O
(l)
→ HClO
(l)
+Cl
-
(g)
+H
+
(g)
HClO
(l)
→ClO
-
(ac)
+H
+
(ac)
2e
-
+ 2H
2
O
(l)
→ H
2(g)
+2OH
-
(ac.)
La tasa de producción de hidrógeno
dependerá únicamente de la densidad de
corriente aplicada [30].
Los productos de esta reacción (hipoclorito de
sodio y ácido hipocloroso) se almacenan en
tanques de almacenamiento con diques o
control de derrames.
2- Por otra parte, en otro trabajo, se construyó
un electrolizador global de división de agua de
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mar emparejando el ánodo de NiCoS con el
cátodo de NiMoS, el cual muestra un
excelente rendimiento general de la división
del agua de mar, tanto en electrolitos alcalinos
simulados como en agua de mar natural [31].
Este alcanza una densidad de corriente
requerida industrialmente de hasta 800
mA/cm
2
a un voltaje muy bajo de 2,08 V en
agua de mar natural alcalina, con una
excelente durabilidad a lo largo de 100 horas
de funcionamiento.
Así mismo, las cantidades de gases H
2
y O
2
evolucionadas con una relación molar cercana
a 2:1. El electrolizador de NiCoS/NiMoS se
conectó en serie con una célula solar
comercial de triple unión en un dispositivo
integrado de división de agua de mar
accionado, por placas solares para demostrar
la generación de H
2
renovable sin aporte de
electricidad. Este dispositivo funciona de forma
constante durante 14 horas con la división del
agua de mar impulsada por la energía solar,
sin que se aprecie un descenso en la
producción de corriente y en la eficiencia de la
energía solar a hidrógeno (STH) [31]
Otro autor propone el uso de una célula de
óxido sólido de tubo plano basada en cátodos
de doble cara para dividir el agua de mar. Por
ello, en este estudio, se utiliza directamente
agua de mar natural sin tratar [32]. La
estructura y la composición de la célula no
mostraron ningún cambio evidente. Se
encontraron algunos depósitos de sal marina
en el tubo de entrada del dispositivo, lo que
puede ser el principal obstáculo para el
funcionamiento a largo plazo de la célula. Este
estudio muestra que la célula de óxido sólido
tiene un gran potencial en el almacenamiento
de energía dividiendo el agua de mar [32].
v. MARCO METODOLÓGICO
1. Análisis
Se realizó un análisis con base al método
comparativo [33]. Para ello, se elaboraron
tablas que permitieron comparar los distintos
electrolizadores y electrocatalizadores
evaluando ciertos parámetros de interés.
a. Comparación de las tecnologías de
producción de hidrógeno en función de los
electrolizadores
En primer lugar, se realizó la comparación de
las tecnologías de producción de hidrógeno,
estableciéndose: el electrolizador alcalino, el
electrolizador de membrana de intercambio
protónico (PEM), el electrolizador de óxido
sólido (SOE) y la electrólisis directa del agua
de mar (DES).
Se evaluaron las siguientes variables: la
alimentación, el electrolito utilizado, la
temperatura y presión de funcionamiento, el
voltaje, la densidad de corriente, la vida útil del
electrolizador, la eficiencia eléctrica, el
consumo de energía y la dinámica de
reacción. Se generaron las tablas respectivas
b. Comparación de los diferentes
electrocatalizadores, involucrados en la
producción de hidrógeno verde, a partir del
agua de mar
Basado en autores representativos: [34], [35],
[36], [37] y [38], se manejaron las siguientes
variables: sobrepotencial necesario para llegar
a una densidad de corriente óptima para el
proceso de evolución de hidrógeno, su
durabilidad y su estabilidad. Se generaron las
tablas respectivas.
c. Comparación de los diferentes métodos de
producción de hidrógeno verde, a partir de
agua del mar
Por último, se evaluaron los siguientes
métodos para producir hidrógeno verde: la
desalinización del agua de mar, la eliminación
de los iones cloruro y el uso directo del agua
de mar.
Se tomó en cuenta el tiempo de operación, el
voltaje, la densidad de corriente aplicada y la
cantidad de H
2
producido.
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2. Escogencia Integral
Para escoger el electrolizador, el
electrocatalizador y el método de producción
se tomaron en cuenta distintos parámetros
para escoger el que se considera mejor. Para
el electrolizador se tomó en cuenta el tipo de
electrolito, la vida útil y la densidad de
corriente. Así mismo, para el electrocatalizador
se tomó en cuenta el electrolito, el
sobrepotencial necesario para la reacción de
evolución de hidrógeno, la duración y la
estabilidad. Por último, para el método se tomó
en cuenta costos, producción de hidrógeno y
voltajes necesarios para alcanzar el
sobrepotencial óptimo.
vi. RESULTADOS
1. Comparación de las tecnologías de
producción de hidrógeno en función de los
electrolizadores
A continuación se muestran las tablas de
resultados relacionadas con este aspecto:
Tabla II. Comparación de las tecnologías de producción
de hidrógeno en función de los electrolizadores
Tecnologías de
producción de
Hidrógeno
Electrolizadores Alcalinos Electrolizador de
membrana de
intercambio protónico
o de membrana
polimérica (PEM)
Alimentación
Agua líquida
Agua líquida pura
Electrolito
Hidróxido de sodio o de
potasio
Polímero sólido
Temperatura
60ºC-90ºC
60ºC-80ºC
Presión
Alrededor de 30 bares
Alrededor de 30 bares
Voltaje
Entre 1.7 V y 1.8 V
Entre 1.7 V y 1.8 V
Densidad de
corriente
Entre 100 mA/cm
2
y 300
mA/cm
2
Alrededor de 1000
mA/cm
2
Vida útil
100.000 horas con buen
mantenimiento.
100.000 horas.
Eficiencia
eléctrica
67-79%
50-66%
Consumo de
energía (kWh/kg
H
2
)
47-66
47-63
Dinámica de
reacción
Rápida
Muy rápida
Tabla III. Comparación de las tecnologías de producción
de hidrógeno en función de los electrolizadores
(continuación)
Tecnologías de
producción de
Hidrógeno
Electrolizadores de
óxido sólido (SOE)
Electrólisis directa
del agua de mar
(DES)
Alimentación
Vapor sobrecalentado
Agua de mar
Electrolito
Cerámica
Agua de mar
Temperatura
700ºC-1000ºC
20ºC
Presión
Presión ambiente
Presión ambiente
Voltaje
1.3 V aproximado
Alrededor de 4 V
Densidad de corriente
Más de 1000 mA/cm
2
10 mA/cm
2
aproximadamente
Vida útil
Pueden trabajar
continuamente más de
10.000 horas.
10.000 horas.
Eficiencia eléctrica
84%
-
Consumo de energía
(kWh/kg H
2
)
37
50-53
Dinámica de reacción
Lenta
Rápida
En función de lo mostrado en las Tablas 2 y
3para las diferentes tecnologías de
producción de hidrógeno se puede observar
que:
Como se mencionó anteriormente, el SOE
utiliza vapor sobrecalentado como
alimentación por lo que obtiene hidrógeno
también en este estado, siendo un producto
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más complejo que puede afectar de por sí el
tiempo de vida del electrolizador.
En términos de durabilidad, se podría decir
que el electrolizador PEM y el alcalino tienen
la mayor cantidad de horas de duración
(100.000 h). Sin embargo, la gran desventaja
del alcalino es que no es muy viable en
entornos marinos, lo que propicia a un mayor
desarrollo de la electrólisis directa del agua de
mar (DES), que según estudios recientes ha
evolucionado como tecnología, suponiendo
una mayor durabilidad utilizando menores
densidades de corrientes y a su vez
requiriendo un menor voltaje que el reportado.
Por otro lado, el electrolizador de membrana
de intercambio protónico o de membrana
polimérica (PEM) tiene un muy buen
funcionamiento con agua líquida ultrapura
como alimentación, pero para que el agua
llegue a este estado debe pasar por una serie
de filtraciones y mantenimientos que hacen
del uso de este electrolizador muy costoso en
comparación a los demás, sobre todo si la
fuente principal a purificar es agua de mar.
El PEM es muy sensible a la aparición de
impurezas, lo que conduce a daños
irreversibles en el mismo y de por sí a una
tasa de degradación mayor a los demás
electrolizadores. Por lo que, usarlo con agua
de mar no es recomendable.
En relación con la dinámica de reacción de
cada electrolizador, se conoce que el más
rápido es el PEM y seguido la electrólisis
directa del agua de mar y el alcalino. Se puede
decir que el menos conveniente de todos los
electrolizadores es el de óxido sólido, porque
además de la dificultad de su fuente de
alimentación, no tiene mucha durabilidad y
trabaja a velocidades lentas. El DES, como ya
se mencionó, podría significar una buena
opción porque es una tecnología en desarrollo
y nuevos estudios demuestran que los datos
aquí presentados (en relación con durabilidad,
costos y voltaje) pueden ser mejorados,
llegando a ser el electrolizador ideal para el
proceso de electrólisis para producción de
hidrógeno, utilizando agua de mar como
electrolito.
2. Comparación de los diferentes
electrocatalizadores, involucrados en la
producción de hidrógeno verde, a partir del
agua de mar
Tabla IV. Comparación de los diferentes
electrocatalizadores, involucrados en la producción de
hidrógeno verde, a partir del agua de mar (1)
Estudio
HER Electrocatalizador
Electrolito
NiRuIr
Agua de mar natural
Agua de mar
natural
PtMo
Agua de mar natural
Agua de mar
natural
PtRuMo
Agua de mar natural
Agua de mar
natural
Ni-NiO-Cr
2
O
3
1 M KOH + 0.5 M NaCl
1 M KOH + 0.5
M NaCl
Tabla V. Comparación de los diferentes
electrocatalizadores, involucrados en la producción de
hidrógeno verde, a partir del agua de mar (2)
Estudio
𝛈 a 10 mA
cm
-2
(mV)
Duración
(h)
Estabilidad
NiRuIr
~200 mV
200
~90%
Retención
PtMo
254,6 mV
173
91,13% de
retención a
𝛈
800mV
PtRuMo
196 mV
172
97.9%de
retención a
𝛈
de 800 mV
Ni-NiO-
Cr
2
O
3
~160 mV a
500 mV
~22
Estabilidad
robusta a
𝛈
de
390 mV
Co/N-C
250 mV
7
Estabilidad
razonable a
𝛈
de 270 mV
De acuerdo a lo observado en las tablas 4 y 5,
se puede decir que el electrocatalizador de Ni-
NiO-Cr
2
O
3
necesita de un menor sobre
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potencial (160 mV) que los demás, para
alcanzar una actividad excepcional para la
reacción de evolución de hidrógeno.
Por último, en cuanto a estabilidad todos se
asemejan, la estabilidad de los
electrocatalizadores está entre 100% y 90%,
pero, el electrocatalizador de Ni-NiO-Cr2O3
presenta una estabilidad de casi 100% a un
𝛈
de 390 mV, el de Co/N-C presenta una
estabilidad de casi el 100% a un
𝛈 de 270 mV y
el de PtRuMo presenta una 97.9%de retención
a
𝛈 de 800 mV.
3. Comparación de los distintos métodos de
producción de hidrógeno
Realizar la electrolisis del agua de mar sin la
presencia de electrocatalizadores resistentes a
los efectos corrosivos por partes de los iones
cloruros, dará como resultado que la celda se
comporte como una célula H
2
/Cl
2
en lugar de
H
2
/O
2
. De este proceso se obtendrá como
producto mayoritario el cloro. Por lo tanto, este
método no es de interés.
Así mismo, los métodos posteriormente
estudiados son viables para la producción de
hidrógeno a partir de agua de mar, sólo que
algunos tienen ventajas sobre los otros. En el
método de electrólisis del agua de mar sin
cloro, como se mencionó antes, se plantea
aplicar un tanque de sedimentación con
hidróxido de sodio que inhibe la producción del
cloro en la electrólisis. Sin embargo, estos
procesos son costosos por la inclusión de la
nanofiltración, la adaptación de un tanque y la
aplicación de soluciones que inhiban los iones
cloruro. Adicionalmente, se conoce que
durante 12 días se produjo 1.2 m
3
de
hidrógeno, siendo 0.1 m
3
de hidrógeno
producido por día, una cantidad muy pequeña
en comparación a los otros métodos, lo que
hace la electrólisis del agua de mar sin cloro
un método poco viable.
El método de desalinización y electrólisis del
agua de mar también tiene ciertas ventajas.
[28] Este autor propone un sistema de
producción de hidrógeno verde a partir de la
desalinización HDH, reportando una
producción de 0.4 m
3
de hidrógeno, mientras
que otros autores [29] proponen un sistema de
desalinización en base a la ósmosis inversa,
con los extensos estudios de este método se
ha logrado aumentar la eficiencia y
optimización del proceso y propone que en la
planta se obtengan aproximadamente 33,3 m
3
de hidrógeno al día, pero los costos de este
proceso son muy elevados.
Por otra parte, los procesos para la producción
de hidrógeno verde con el uso de agua de mar
como electrolito sin previo tratamiento están
en desarrollo. En otras investigaciones [39] se
propone la electrólisis de óxido sólido para la
división del agua de mar y se lleva a cabo a
una densidad de corriente de 200 mA/cm
2
durante 420 horas a un voltaje de 1,260 V, el
cual muestra un excelente rendimiento general
que produce 0.26 m
3
/día de hidrógeno,
mientras que, en otro trabajo [31] se usa un
electrolizador de dos electrodos proporciona
una alta densidad de corriente a nivel industrial
de hasta 800 mA/cm
2
a un voltaje súper bajo
de 2,08 V para la división general de agua de
mar alcalina (electrólisis de agua de mar
alcalina) de forma constante durante 100
horas sin corrosión por cloruros a temperatura
ambiente.
4. Escogencia Integral
Con base a las comparaciones anteriores se
considera que el electrolizador directo del
agua de mar es una tecnología atractiva para
la producción de hidrógeno, pues aplicando
algunas mejoras relacionadas con el voltaje y
densidad de corriente utilizados, se podría
lograr que este electrolizador funcione mejor y
permita un proceso más eficiente.
Además, si se combina esta tecnología con un
electrocatalizador de Ni-NiO-Cr
2
O
3
y con un
ánodo NiFe/NiSx-Ni en agua de mar, el
electrolizador puede funcionar a bajas
tensiones y altas corrientes y durar más de
1.000 horas. La preparación química del
electrocatalizador híbrido Ni-NiO/Cr
2
O
3
se
realiza a través de la mezcla de Cr
2
O
3
en NiO,
esto hace que se evite la oxidación del
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electrodo y la adición de los sitios activos.
Siguiente a esto, el ánodo utilizado NiFe/NiSx-
Ni se fabrica convirtiendo primero la superficie
de la espuma de Níquel en NiSx mediante una
reacción solvotérmica de la espuma
mencionada con azufre elemental en tolueno.
Después de la formación de la capa de NiSx,
se electrodeposita un hidróxido de NiFe
mediante la reducción del nitrato a partir de
una solución de Ni(NO
3
)
2
y Fe(NO
3
)
3
(Ni:Fe =
3:1) [37].
Por último, entre los métodos de producción
de hidrógeno, el directo del agua de mar es el
más conveniente ya que se puede observar
que necesita de voltajes muy bajos para
alcanzar sobrepotenciales óptimos para la
reacción de evolución de hidrógeno. Así
mismo, dado que el agua dulce es escasa se
plantea usar el agua de mar como electrolito
por su abundancia en el planeta.
vii. CONCLUSIONES
Con base a los objetivos planteados en este
trabajo, la investigación bibliográfica realizada
y a las comparaciones realizadas se puede
decir:
● El electrolizador directo del agua de
mar es una tecnología atractiva para la
producción de hidrógeno.
● El electrocatalizador escogido sería el
híbrido de Ni-NiO-Cr
2
O
3
y con un ánodo
NiFe/NiSx-Ni en agua de mar.
● El método de producción de hidrógeno
sería electrólisis directa del agua de
mar, utilizando una celda solar como
fuente de energía.
● Considerando una alta durabilidad y
eficiencia, el sistema escogido sería de
la siguiente manera: un sistema
integrado utilizando una celda
fotovoltaica que le suministre la energía
necesaria a un electrolizador que
funcione directamente con el agua de
mar (DES) combinado con el
electrocatalizador de Ni-NiO-Cr
2
O
3
y un
ánodo de NiFe/NiSx-N.
REFERENCIAS
[1] Aguado Molina Roque, José Luis Casteleiro Roca,
Esteban Jove Pérez, Francisco Zayas Gato, Héctor
Quintián Pardo y José Luis Calvo Rolle.
Hidrógeno y su almacenamiento: el futuro de la
energía eléctrica. Servicio de Publicaciones, 2021.
https://doi.org/10.17979/spudc.9788497497985.
[2] Fundación Hidrógeno Aragón y SEAS, Estudios
Superiores Abiertos S.A. (2008). Tecnologías de
Hidrógeno y pilas de combustible. SEAS, S.A.
[3] Henry, D. J., & Heinke, G. W. (1996).
Environmental Science and Engineering (2nd ed.).
Pearson.
[4] Mohammed-Ibrahim, Jamesh, y Harb Moussab.
Recent Advances on Hydrogen Production through
Seawater Electrolysis. Materials Science for Energy
Technologies 3 (1 de enero de 2020): 780-807.
https://doi.org/10.1016/j.mset.2020.09.005.
[5] (IEA 2002, OECD, IEA and Eurostat, 2005).
[6] Arancibia Bulnes, C. y Best y Brown, R. (2010).
Energía del Sol. Ciencia - Academia Mexicana de
Ciencias, 61(2), 10–17.
[7] EcuRed. (2021). Hidrógeno - EcuRed.
https://www.ecured.cu/Hidr%C3%B3geno
[8] Kaltschmitt, M., Streicher, W. & Wiese, A.
Renewable Energy: Technology, Economics and
Environment. 564 (Springer-Verlag, 2007).
[9] Rifkin, J. The Hydrogen Economy. 304 (Tarcher,
2002).
[10] AOP. (2020, 22 septiembre). Hidrógeno verde,
azul, renovable, de bajas emisiones. Claves del papel
del hidrógeno en la transición energética.
[11] Florida Solar Energy Center. (2017, 1 enero).
Hydrogen Basics - Solar Production.
www.fsec.ucf.edu.
http://www.fsec.ucf.edu/en/consumer/hydrogen/
basics/production-solar.htm
26
20
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Estudio del Proceso de Electrólisis para la Producción de Hidrógeno Verde, a Partir del Agua de Mar
ROSA MARÍA RODRÍGUEZ, GABRIEL DA SILVA, LAURA URBINA
[12] Houaijia, A., Breuer, S., Thomey, D., Brosig, C.,
Säck, J. P., Roeb, M., & Sattler, C. (2014). Solar
Hydrogen by High-temperature Electrolysis:
Flowsheeting and Experimental Analysis of a
Tube-type Receiver Concept for Superheated
Steam Production. Energy Procedia, 49, 1960–
1969.https://doi.org/10.1016/j.egypro.2014.03.2
08
[13] Atl. (2008, 13 mayo). Propiedades físicas del agua.
http://www.atl.org.mx/index.php?option=com_co
ntent&view=article&id=293:fisica&catid=72:cien
cias-naturales&Itemid=480
[14] Dardel, F. (2016, 6 septiembre). Agua de mar.
Dardel.info.
http://dardel.info/IX/other_info/sea_water_ES.ht
ml
[15] Çengel, Y. A., & Boles, M. A. (2012).
Termodinámica (7.a ed.). McGraw-Hill
Education.
[16] D’Amore-Domenech, R., Santiago, Ó., & Leo, T.
(2020). Multicriteria analysis of seawater
electrolysis technologies for green hydrogen
production at sea. Renewable And Sustainable
Energy Reviews, 133, 110166.
https://doi.org/10.1016/j.rser.2020.110166
[17] Morante, J., Andreu, T., García, G., Guilera, J.,
Tarancón, A., & Torrell, M. (2020). Hidrógeno:
Vector energético de una economía
descarbonizada (2.a ed., Vol. 1). Fundación
Naturgy.
[18] Salazar-Jiménez, J. A. (2015). Introducción al
fenómeno de corrosión: tipos, factores que
influyen y control para la protección de materiales
(Nota técnica). Revista Tecnología en Marcha, 28,
127. https://doi.org/10.18845/tm.v28i3.2417
[19] During, E. (2018). Corrosion Atlas: A Collection of
Illustrated Case Histories (3rd ed.). Elsevier
Science.
[20] Corrosión | Textos Científicos. (s. f.). Textos
Científicos. Recuperado 20 de septiembre de
2021, de
https://www.textoscientificos.com/quimica/corros
ion
[21] Fernández Domene, R. M.; Sánchez Tovar, R.;
Lucas Granados, B. y García Antón, J. (2018).
Corrosión. Valencia: Editorial Universitat
Politécnica de Valencia
[22] Dingenen, F. y Verbruggen, S. W. (2021).
Tapping hydrogen fuel from the ocean: A review
on photocatalytic, photoelectrochemical and
electrolytic splitting of seawater. Renewable and
Sustainable Energy Reviews, 142.
https://doi.org/10.1016/j.rser.2021.110866
[23] Wan, G., Freeland, J. W., Kloppenburg, J.,
Petretto, G., Nelson, J. N., Kuo, D. Y., Sun, C.
J., Wen, J., Diulus, J. T., Herman, G. S., Dong,
Y., Kou, R., Sun, J., Chen, S., Shen, K. M.,
Schlom, D. G., Rignanese, G. M., Hautier, G.,
Fong, D., Suntivich, J. (2021). Amorphization
mechanism of SrIrO3 electrocatalyst: How
oxygen redox initiates ionic diffusion and
structural reorganization. Science Advances, 7(2).
https://doi.org/10.1126/sciadv.abc7323
[24] Kotrel, Stefan; BrUninger, Sigmar (2008).
Electrocatálisis industrial;. Manual de catálisis
heterogénea.
doi:10.1002/9783527610044.hetcat0103 . ISBN
978-3527312412.
[25] Zeng, K.; Zhang, D. Recent Progress in Alkaline
Water Electrolysis for Hydrogen Production and
Applications. Progress in Energy and Combustion
Science. Pergamon June 1, 2010, pp 307–326.
https://doi.org/10.1016/j.pecs.2009.11.002.
[26] Subbaraman, R.; Tripkovic, D.; Strmcnik, D.;
Chang, K.-C.; Uchimura, M.; Paulikas, A. P.;
Stamenkovic, V.; Markovic, N. M. Enhancing
Hydrogen Evolution Activity in Water Splitting
by Tailoring Li+-Ni(OH)2-Pt Interfaces. Science
(80-. ). 2011, 334 (6060),1256–1260.
https://doi.org/10.1126/science.1211934
21
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ISSN: 1316-39
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comercial otorgando el reconocimiento respectivo al autor.
https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/deed.es_ES
https://revistasenlinea.saber.ucab.edu.ve/index.php/tekhne/index
Estudio del Proceso de Electrólisis para la Producción de Hidrógeno Verde, a Partir del Agua de Mar
ROSA MARÍA RODRÍGUEZ, GABRIEL DA SILVA, LAURA URBINA
[27] Amikam G, et al., Chlorine-free alkaline seawater
electrolysis for hydrogen production,
International Journal of Hydrogen Energy
(2018),
https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2018.02.082ht
tps://www.aop.es/blog/2020/09/22/claves-
hidrogeno-transicion-energetica/
[28] Delpisheh M et al., Desalinated water and
hydrogen generation from seawater via a
desalination unit and alow temperature
electrolysis using a novel solar-based setup,
International Journal of Hydrogen Energy,
https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2020.11.215
[29] Khan, M. A., Al-Attas, T., Roy, S., Rahman, M.
M., Ghaffour, N., Thangadurai, V., Larter, S.,
Hu, J., Ajayan, P. M., & Kibria, M. G. (2021).
Seawater electrolysis for hydrogen production: a
solution looking for a problem? Energy &
Environmental Science, 14(9), 4831–4839.
https://doi.org/10.1039/d1ee00870f
[30] Abdel-Aal, H. K., Zohdy, K. M., & Abdel
Kareem, M. (2010). Hydrogen Production Using
Sea Water Electrolysis. The Open Fuel Cells
Journal. Published.
https://doi.org/10.2174/1875932701003010001
[31] Chengzhong, W., Mingze, Z., Zhengyi, C., Ping,
Z., Yunqing, C., Xiaoyong, X., Chunxiang, X., &
Zongyou, Y. (2021, 15 agosto). Heterogeneous
bimetallic sulfides based seawater electrolysis towards
stable industrial-level large current density.
ScienceDirect. Recuperado 15 de octubre de
2021, de
https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0926
337321001971
[32] Zhao, L., Beibei, H., Zhiyi, L., Wanbing, G.,
Yuanyuan, L., Changjiang, S., Liang, C., &
Subhash, C. (2021, 15 octubre). Efficiency and
stability of hydrogen production from seawater using
solid oxide electrolysis cells. ScienceDirect.
Recuperado 20 de octubre de 2021, de
https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0306
261921008308
[33] Nohlen, D. (2014). Ciencia política comparada: El
enfoque histórico-empírico (1
o
ed; 1
o
imp ed.).
Editorial Universidad de Granada.
[34] Sarno, M., Ponticorvo, E., & Scarpa, D. (2020, 1
febrero). Active and stable graphene supporting
trimetallic alloy-based electrocatalyst for hydrogen
evolution by seawater splitting. ScienceDirect.
https://doi.org/10.1016/j.elecom.2019.106647
[35] Zheng, J., Zhao, Y., Xi, H., & Li, C. (2018).
Seawater splitting for hydrogen evolution by
robust electrocatalysts from secondary M (M =
Cr, Fe, Co, Ni, Mo) incorporated Pt. RSC
Advances, 8(17), 9423–9429.
https://doi.org/10.1039/c7ra12112a
[36] Li, H., Tang, Q., He, B., & Yang, P. (2016).
Robust electrocatalysts from an alloyed Pt–Ru–M
(M = Cr, Fe, Co, Ni, Mo)-decorated Ti mesh for
hydrogen evolution by seawater splitting. Journal
of Materials Chemistry A, 4(17), 6513–6520.
https://doi.org/10.1039/c6ta00785f
[37] Kuang, Y., Kenney, M. J., Meng, Y., Hung, W.
H., Liu, Y., Huang, J. E., Prasanna, R., Li, P., Li,
Y., Wang, L., Lin, M. C., McGehee, M. D., Sun,
X., & Dai, H. (2019). Solar-driven, highly
sustained splitting of seawater into hydrogen and
oxygen fuels. Proceedings of the National Academy
of Sciences, 116(14), 6624–6629.
https://doi.org/10.1073/pnas.1900556116
[38] Gao, S., Guo-Dong, L., Yipu, L., Hui, C., Liang-
Liang, F., Yun, W., Yang, M., Wang, D., Wang,
S., & Xiaxin, Z. (2015, 28 enero). Electrocatalytic
H2 production from seawater over Co, N-codoped
nanocarbons. Nanoscale (RSC Publishing).
https://doi.org/10.1039/C4NR04924A
[39] Liu, Z., Han, B., Lu, Z., Guan, W., Li, Y., Song,
C., Chen, L., & Singhal, S. C. (2021). Efficiency
and stability of hydrogen production from
seawater using solid oxide electrolysis cells.
Applied Energy, 300, 117439.
https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2021.117439
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Revista TEKHNÉ Nº 25.3
Semestre septiembre-enero 2022
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ISSN: 1316-39
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