Hacia la transición energética: el nuevo método para producir hidrógeno de forma industrial

En el contexto de transición energética y descarbonización de la economía, el hidrógeno se posiciona como uno de los protagonistas. La producción de hidrógeno con fines energéticos es un campo por el que España está, y no está sola ni mucho menos.

De hecho, la inversión en producir hidrógeno con bajas emisiones de carbono está aumentando: nuestro país abandera el 20 por ciento de los nuevos proyectos de hidrógeno del mundo durante el primer trimestre de 2022. Durante este período, los proyectos relacionados con el hidrógeno han aumentado su producción un total de 11,1 millones de toneladas anuales, según datos de Wood Mackenzie, empresa de investigación y consultoría que impulsa los recursos naturales.

"Solo para contextualizar, el consumo actual de China es de 20 millones de toneladas de hidrógeno. Esta es la misma cantidad que Europa necesita producir en 2030 para sustituir el gas ruso", afirma África Castro, responsable de desarrollo de negocio en H2B2, en el podcast H2.

¿Qué es el hidrógeno verde y azul?

El hidrógeno es el elemento químico más simple - formado por un protón y un electrón – y más abundante del planeta. Sin embargo, no se encuentra disponible en ningún yacimiento, sino que debe obtenerse de otros elementos que lo contienen. Se encuentra en forma de gas en las estrellas y planetas gaseosos, y también unido a otros compuestos químicos como el agua y otros compuestos orgánicos.

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Por tanto, el hidrógeno no es un combustible que pueda obtenerse directamente de la naturaleza, sino que debe “fabricarse”, y se clasifica por colores según la limpieza de su obtención. El más limpio es el llamado hidrógeno verde, que se produce mediante fuentes renovables de energía y representa el 80 por ciento de todos los proyectos llevados a cabo desde 2018 a 2021. El resto han sido proyectos de hidrógeno azul, que se extrae del gas natural.

Hacia la “fabricación” sostenible

Ahora, un equipo internacional en el que participan científicos españoles ha desarrollado un nuevo reactor electrificado para obtener hidrógeno de forma más sostenible y eficiente energéticamente. El estudio ha sido publicado en la revista científica Science. “Es la primera vez que se demuestra que esta tecnología permite obtener hidrógeno de forma industrial”, afirman.

“Hemos conseguido producirla con membranas cerámicas, lo cual es muy novedoso, de manera escalada, y desde fuentes como puede ser el amoníaco, el biogas y el gas natural”, afirma Sonia Remiro Buenamañana, investigadora postdoctoral del Instituto de Tecnología Química (UPV-CSIC).

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El equipo, formado por el Instituto de Tecnología Química (ITQ), centro mixto del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universidad Politécnica de Valencia (UPV), ha “combinado con éxito 36 membranas cerámicas individuales en un generador escalable y modular que produce hidrógeno a partir de electricidad y diversos combustibles, con una pérdida de energía casi nula”, explican.

Cerámica protónica: rumbo a la energía limpia

Los resultados del trabajo son prometedores para sectores como el transporte terrestre y marítimo, así como para otros mercados y su uso industrial. El estudio utiliza energía eléctrica para extraer hidrógeno de otras moléculas con una eficiencia energética excepcional, y muestra 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".

Mientras que otras energías limpias como la solar o la eólica son intermitentes, el hidrógeno tiene la ventaja de que se puede distribuir con más facilidad y almacenar. “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”, afirma Remiro.

El proyecto ha permitido escalar un reactor electrificado hasta alcanzar una producción de alrededor de medio kilo de hidrógeno presurizado al día mediante electrocompresión, con una pureza muy elevada y eficiencia energética máxima, por encima del 90 por ciento. Otro de los grandes descubrimientos del equipo es que “es posible trabajar con este tipo de tecnología a 150 bares de presión”.

Además, con este sistema, el dióxido de carbono (CO₂) que se produce en el proceso no se emite a la atmósfera, sino que se transforma en una corriente presurizada que permite su utilización o almacenamiento posterior, lo que podría ser clave para la descarbonización.

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“La eficiencia energética es clave para el futuro del hidrógeno”, sostiene Irene Yuste, ingeniera química de CoorsTek Membrane Sciences, empresa que ha participado en el estudio, y estudiante de doctorado en la Universidad de Oslo, coautora del estudio.

Máxima eficiencia energética

“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.

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Estas membranas 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.

Según concluyen los expertos, para lograr estos resultados se ha seguido una estrategia de Open innovation, que tiene como objetivo “el conocimiento libre e impulsar la madurez de esta tecnología disruptiva”. De momento, el siguiente paso será “instalar un prototipo de generador de hidrógeno independiente en el campus de la sede de Saudi Aramco en Dhahran (Arabia Saudí)”, pero es solo un paso más en el desarrollo del hidrógeno como una herramienta más de la transición energética.