Generar gas hidrógeno de una manera eficiente energéticamente y con menor impacto en el medio es un reto que han conseguido un equipo internacional con presencia valenciana. Su apuesta les ha llevado a crear un nuevo reactor electrificado que combina con éxito 36 membranas cerámicas individuales en un generador escalable y modular. Así consiguen demostrar por primera vez que esta tecnología permite obtener hidrógeno de forma industrial.
La Universitat Politècnica de València celebra este logro en el que participa a través del Instituto de Tecnología Química, un centro mixto con el Consejo Superior de Investigaciones Científicas. El equipo internacional en el que colaboran ha logrado este reactor que produce hidrógeno a partir de electricidad con una pérdida de energía casi nula.
Este avance, publicado en la revista Science, lo definen como un paso prometedor. Los resultados obtenidos en este trabajo muestran por primera vez que la tecnología cerámica protónica se puede utilizar para crear dispositivos escalables de hidrógeno que allanan el camino para la fabricación industrial en masa. “Este sistema permitirá almacenar energía en forma de moléculas de alta densidad energética con contenido en hidrógeno, dando respuesta al problema de la intermitencia de las fuentes renovables”, indica Sonia Remiro, investigadora postdoctoral del ITQ. La clave está en que mientras que otras energías limpias como la solar o la eólica son intermitentes, el hidrógeno tiene la ventaja de poder almacenar y distribuir energía.
Altas temperaturas y conductividad
Las membranas cerámicas protónicas son convertidores de energía electroquímica, al igual que las baterías, las pilas de combustible y los electrolizadores. Una de las claves del avance es el nuevo componente que desarrolla la compañía CoorsTek Membrane Sciences a partir de materiales vitrocerámicos y metálicos. Este que combina la robustez a altas temperaturas de una cerámica y la conductividad electrónica de un metal.
Estas membranas cerámicas operan a temperaturas elevadas, entre 400 y 800 grados centígrados, descomponiendo el hidrógeno en sus partículas subatómicas (protones y electrones), y transportando los protones a través de un electrolito cerámico sólido. “Nuestro grupo de investigación ha realizado un extenso estudio de las velocidades de las reacciones que tienen lugar, así como de los mecanismos implicados en ellas para mejorar las condiciones de operación de estos sistemas”, comenta María Valls, investigadora del ITQ.
Hidrógeno más eficiente
El hidrógeno es el elemento químico más abundante del planeta, pero no se encuentra disponible en ningún yacimiento. Hay que obtenerlo de otros elementos que lo contienen. La producción de hidrógeno con fines energéticos se clasifica por colores según la ‘limpieza’ de su obtención. El más limpio es el hidrógeno verde, que se produce mediantes fuentes renovables de energía. El más común es el azul, que se extrae del gas natural. “La eficiencia energética es clave para el futuro del hidrógeno”, sostiene Irene Yuste, ingeniera química de CoorsTek Membrane Sciences y estudiante de doctorado en la Universidad de Oslo, coautora del estudio.
El grupo de conversión y almacenamiento de energía del ITQ ha demostrado que es posible trabajar con este tipo de tecnología a 150 bares de presión, uno de los hitos más destacables de este trabajo. Además, con este sistema el dióxido de carbono (CO2) que se produce en el proceso no se emite a la atmósfera, se transforma en una corriente presurizada para su licuación y transporte para su posterior utilización o almacenamiento, permitiendo así la descarbonización.
Combinar en una sola etapa
“Cuando la energía se transforma de una forma a otra hay una pérdida de energía”, explica José Manuel Serra, profesor de investigación del CSIC en el ITQ y coautor principal del trabajo. “Con nuestras membranas cerámicas protónicas podemos combinar pasos distintos de la producción de hidrógeno en una sola etapa donde el calor para la producción catalítica de hidrógeno es suministrado por la separación electroquímica de gases para formar un proceso térmicamente equilibrado. El resultado es hidrógeno hecho con una pérdida de energía casi nula”, destaca.
El trabajo de investigación que condujo a la publicación en Science ha contado con el apoyo de expertos en tecnología y recursos financieros de las principales compañías energéticas: Shell, ExxonMobil, TotalEnergies, Equinor, ENGIE y Saudi Aramco. La empresa estatal noruega para la captura, almacenamiento y transporte de carbono, Gassnova, y el Consejo de Investigación de Noruega, también contribuyeron con fondos.
