Sistema modular de Corea del Sur purifica agua y produce hidrógeno en un solo paso

Un equipo de la Seoul National University (SNU) integró desalinización por ion concentration polarization (ICP) y electrólisis en un módulo compacto capaz de entregar agua purificada e hidrógeno a la vez, sin bombas de alta presión ni pilas complejas de membranas. En pruebas de microfluídica y en un dispositivo 3D “tamaño dedo”, el sistema operó con salmueras concentradas y recuperó ≈8–10% de la energía eléctrica como hidrógeno, abriendo escenarios portátiles y modulares “tipo LEGO”.

El sistema se apoya en un fenómeno electrocinético: ion concentration polarization. Al aplicar corriente a través de una membrana de intercambio catiónico (CEM), se forma una zona de depleción de iones que desvía sales y partículas hacia la corriente de salmuera mientras, en paralelo, los protones (H⁺) atraviesan la membrana y se reducen en un electrodo para formar H₂. La clave es resolver la “competencia” entre Na⁺ —deseable para purificar— y H⁺ —deseable para generar gas— afinando corriente y geometría. Así, en un solo proceso electroquímico se separan flujos de agua purificada y hidrógeno; la arquitectura se mantiene compacta y escalable, sin los requisitos de presión de la ósmosis inversa ni las pilas alternadas de la electrodíalisis.

Resultados del prototipo

El equipo primero visualizó en un chip microfluídico la frontera de depleción de iones y el burbujeo de hidrógeno mediante fluorescencia; después, trasladó el principio a un dispositivo meso-escala impreso en 3D, con dos cámaras separadas por Nafion y guías tipo aletas para estabilizar la interfaz entre agua purificada y salmuera. En este módulo, la producción de H₂ creció linealmente con la corriente (por ejemplo, 1,65 mL/h a 4 mA y ≈9,9 mL/h a 20 mA), con eficiencia faradaica ≈98–100% usando electrodos de Pt; a su vez, la calidad del agua mejoró con la corriente, aunque con rendimientos decrecientes a altos valores, como es habitual al acercarse a regímenes de sobrelímite.

Energía recuperada y operación con salmueras

Según la nota institucional, el sistema recuperó ~8–10% de la energía eléctrica de purificación en forma de hidrógeno y siguió produciendo agua purificada incluso con salmueras de alta salinidad. La producción de H₂ puede reconvertirse en electricidad con una celda de combustible, acercando la plataforma a una micro-utilidad autosuficiente. La unidad fue concebida como módulo que se replica en paralelo, “como bloques LEGO”, para aumentar caudal sin rediseñar el conjunto. Esta integración reduce pérdidas por conversión y, en contextos de emergencia o infraestructura limitada, permite cerrar el círculo agua-energía con un único dispositivo operativo y de mantenimiento sencillo.