El agua sucia aumenta las perspectivas del hidrógeno limpio

El agua sucia podría ser la clave para producir hidrógeno limpio de manera más sostenible. Un equipo de la Universidad de Princeton descubrió que las aguas residuales tratadas pueden reemplazar al agua potable en los electrolizadores, reduciendo el consumo de agua dulce y los costos de tratamiento en casi la mitad. El hallazgo abre una nueva vía para expandir el hidrógeno verde sin agotar recursos hídricos.

El estudio, publicado en la revista Water Research, plantea que la infraestructura de hidrógeno no tiene por qué competir con el suministro de agua limpia. Cada ciudad, explican los autores, ya dispone de una fuente abundante y subutilizada, las plantas de tratamiento de aguas residuales. Aprovecharlas podría transformar la economía del hidrógeno en una red más descentralizada, eficiente y accesible.

“El hidrógeno verde suele depender de agua ultrapura, lo que encarece su producción”, señaló Z. Jason Ren, profesor del Centro Andlinger para la Energía y el Medio Ambiente y autor principal del trabajo. “Pero cada planta de tratamiento es una oportunidad, si logramos usar esa agua, el proceso se vuelve más sostenible y económico”.

El equipo de Ren decidió comprobar si el agua regenerada (ya tratada y segura para riego o refrigeración industrial) podía alimentar un electrolizador sin perder rendimiento.

El experimento que convirtió aguas residuales en combustible limpio

Los investigadores probaron la electrólisis en un sistema comercial con membrana de intercambio de protones, la misma tecnología utilizada en la industria para separar el hidrógeno y el oxígeno del agua. Lin Du, estudiante de doctorado y autora principal del trabajo experimental, diseñó una serie de pruebas comparativas usando agua purificada y agua residual tratada.

El resultado inicial fue claro, con agua regenerada, el rendimiento caía rápidamente. A diferencia del agua limpia, las membranas del electrolizador se cubrían con depósitos minerales que bloqueaban el paso de iones. Du descubrió que los culpables eran el calcio y el magnesio, los mismos minerales responsables del sarro doméstico.

Mediante análisis electroquímicos y modelado, el equipo identificó cómo esos iones se adherían a la membrana y la convertían en una barrera sólida. Para resolverlo, propusieron una solución sencilla pero eficaz, acidificar el agua con una pequeña cantidad de ácido sulfúrico antes del proceso.

El ácido genera un tampón rico en protones que compite con los minerales, evitando la acumulación y manteniendo la conductividad. “Basta con ajustar el pH y el sistema puede operar más de 300 horas sin problemas visibles”, explicó Ren. Además, el ácido se recircula, de modo que no genera residuos.

Con esta técnica, el agua no necesita ser purificada y el electrolizador conserva su eficiencia, reduciendo los costos de tratamiento en un 47 % y el consumo energético en un 62 %.

Un nuevo horizonte para el hidrógeno verde

El uso de aguas residuales abre la puerta a una producción de hidrógeno mucho más sostenible, especialmente en regiones áridas donde el agua dulce es limitada. Además, permitiría aprovechar infraestructuras ya existentes, como las plantas de tratamiento urbano, para integrarlas en la cadena del hidrógeno.

Ren y su equipo ya colaboran con socios industriales para escalar el método y probarlo con otros tipos de agua, incluido el agua de mar pretratada. El objetivo es adaptar el proceso a diferentes entornos y crear sistemas modulares que puedan funcionar cerca de fuentes renovables de energía.

“Cada litro de agua reutilizada es un paso hacia una economía del hidrógeno más equitativa”, afirmó Ren. Su equipo también identificó zonas de Estados Unidos donde la proximidad entre plantas de hidrógeno y de tratamiento de aguas permitiría maximizar el ahorro de recursos y reducir emisiones.

Más allá del avance técnico, el estudio refleja una tendencia emergente en la investigación energética, aprovechar los residuos como recursos. En un futuro no tan lejano, el agua que hoy se descarta podría ser la base de un combustible limpio capaz de impulsar fábricas, vehículos y redes eléctricas sin contaminar el planeta.