Un nuevo electrocatalizador es capaz de producir hidrógeno verde a partir del agua. El invento permite producir hidrógeno limpio a escala industrial.
Investigadores de la Universidad de Curtin, en Australia, han desarrollado un nuevo sistema para separar el hidrógeno del agua que no emite CO₂ y que utiliza materiales mucho más baratos que los que se emplean habitualmente. Este nuevo método abre la puerta a la producción de hidrógeno verde a gran escala.
Para romper las moléculas de agua (H₂O) y extraer hidrógeno (H2) se utiliza un catalizador que acelera esta reacción química. En la actualidad, comentan los investigadores, se utilizan catalizadores de materiales como el platino que, además de caros y escasos de encontrar, no son demasiado eficientes.
En un estudio, publicado en la revista ‘Nano Energy’, explican cómo usando níquel y cobalto en uno de estos catalizadores han conseguido romper las moléculas de los átomos de agua empleando menos energía y consiguiendo una mayor extracción de hidrógeno.
El investigador principal, el doctor Guohua Jia, de la Escuela de Ciencias Moleculares y de la Vida de Curtin, explica: “En nuestra investigación tomamos nanocristales bidimensionales de hierro y azufre, que no suelen funcionar como catalizadores para la reacción eléctrica con la que se extrae hidrógeno del agua, y les añadimos pequeñas cantidades de iones de níquel y cobalto. De este modo, el hierro-azufre se transforma por completo en un catalizador viable y eficaz”.
Para el doctor Jia, poder usar estos materiales más baratos y abundantes en nuestro entorno en lugar del óxido de rutenio —un metal escaso del grupo del platino—, que se utiliza habitualmente como catalizador, puede ser clave para la generación de combustible verde sostenible en el futuro. Aunque reconoce que “este cambio solo es posible cuando los conocimientos del sector de la investigación se traducen en soluciones y aplicaciones reales en el sector energético”.
La gran esperanza para un combustible 100% limpio
El hidrógeno es uno de los combustibles más accesibles de los que disponemos para luchar contra las emisiones de CO₂. Con él se podrán propulsar los aviones, los trenes o los coches del futuro, pero no todas las maneras de extraer hidrógeno son igual de limpias y económicas, por eso hay que fijarse bien en el apellido que llevan. No es lo mismo el hidrógeno verde, que el azul, el marrón o el gris.
En 2018, la Agencia Internacional de la Energía emitió un informe en el que aseguraba que el 96% del hidrógeno que se produce en el mundo se consigue mediante combustibles fósiles. El carbón, petróleo o el gas natural se combinan con vapor y se calientan a unos 800 °C para obtener dióxido carbono e hidrógeno. Ese CO₂ resultante se libera a la atmósfera y ha contribuido a agravar el problema del calentamiento global.
Entre los tipos de hidrógenos que se producen el más común es el gris, que se extrae con gas natural y que, según los investigadores, es el que más CO₂ emite. El hidrógeno marrón se extrae mediante la lignita, un carbón de color marrón, mientras que para el hidrógeno negro se usa hulla, un carbón de color más oscuro. Tanto el hidrógeno marrón como el negro emiten cantidades importantes CO₂ en su proceso de producción.
También está el famoso hidrógeno azul, uno de los más nombrados como solución en esta lucha por encontrar combustibles sostenibles. Este tipo de hidrógeno se extrae con los mismos métodos que los anteriores, pero en este caso el CO₂ se captura y se almacena bajo tierra. A pesar de que almacenar el CO₂ tiene un coste, el precio final es relativamente barato.
Pero un estudio, elaborado conjuntamente por las universidades estadounidenses de Cornell y Stanford, afirma que el uso del hidrógeno azul es más perjudicial de lo que se pensaba debido a que las tecnologías que utilizan para capturar y almacenar el carbono son ineficientes. Para los investigadores “el uso del hidrógeno azul parece difícil de justificar por motivos climáticos”. Hidrógeno verde barato para 2030
El hidrógeno verde es el único que se puede producir sin generar ningún tipo de emisiones de dióxido de carbono. Como ya hemos visto, los métodos actuales que se usan para su producción son caros e ineficientes. Aun así, se espera que su coste se reduzca al mismo precio que el hidrógeno gris, el más barato, para finales de esta década.
Según un informe del ‘think tank’ empresarial sobre el clima Energy Transitions Commission, el coste del hidrógeno verde puede ser en 2030 de menos de dos dólares por kilogramo en la mayoría de los territorios.
“Es probable que los costes del hidrógeno verde se sitúen por debajo de los del hidrógeno azul en algunos lugares antes de 2030 y en la mayoría para 2050”, dice el informe. “En muchos lugares, el coste futuro del hidrógeno verde podría ser inferior al coste actual del hidrógeno gris, lo que haría que el coste final de la descarbonización de la producción de hidrógeno fuera muy pequeño y potencialmente incluso negativo”.
Entre las propuestas más recientes que se han puesto sobre la mesa está la de Francia, que anunció el julio pasado la creación de la primera planta flotante de producción de hidrógeno verde del mundo cerca de la costa de Bretaña. La planta estará alimentada mediante energía eólica y se espera que esté operativa el año que viene. Más o menos en las mismas fechas se anunció en nuestro país que Enagás y Navantia llegaron a un acuerdo para crear una gran planta de hidrógeno verde con capacidad, según sus promotores, para producir más de un gigavatio al año.
Mientras esperamos a ver qué sucede finalmente con estos proyectos, avances como el que ha presentado el equipo de la Universidad de Curtin también pueden ayudar a adelantar la llegada del hidrógeno verde. Aunque para eso su nuevo sistema tiene que confirmarse como una solución viable dentro de un proceso industrial.
Fotoelectrocatálisis
Es otra solución para producir hidrógeno verde de forma económica a partir de la energía solar.
Permitiendo, por un lado, almacenar las energías renovables a gran escala, y, por otro, utilizarlo como combustible en diferentes sectores, como puede ser la movilidad, en el ámbito residencial e industrial y, también, como materia prima en la industria.
Características del proceso de fotoelectrocatálisis
La fotoelectrocatálisis, que permite emplear solo agua y energía solar para producir hidrógeno renovable, es una de las vías tecnológicas en las que trabaja Repsol para descarbonizar la generación de este gas.
María Dolores Hernández, colíder del proyecto, afirma: “Somos el primer productor y consumidor de hidrógeno en España y esta tecnología supone una reducción total de las emisiones en relación con los métodos convencionales usados para generar H2. El impulso que está dando Repsol a los proyectos relacionados con el hidrógeno renovable y, concretamente, a través de esta tecnología, nos permitirá seguir avanzando en nuestra apuesta por la multienergía y la sostenibilidad, teniendo como meta ser cero emisiones netas en 2050”.
La tecnología resultante del proyecto simplifica el proceso de producción frente a la electrólisis, que es la opción más usada actualmente para la generación de hidrógeno verde, con electricidad generada de forma renovable. Esa electricidad renovable es transportada a un electrolizador donde se separa la molécula del agua en hidrógeno y oxígeno. La fotoelectrocatálisis, sin embargo, integra el proceso en un solo paso: “el dispositivo recibe directamente la radiación solar y con un material fotoactivo se generan las cargas eléctricas que provocan esa separación”, explica María Dolores Hernández.
Entre las ventajas que ofrece esta tecnología destaca la posibilidad de evitar las pérdidas asociadas al transporte y la transformación de la electricidad, lo que hace que “la tecnología de fotoelectrocatálisis mejore la eficiencia del proceso de conversión de energía solar a hidrógeno con respecto a la electrólisis”. Esta simplificación en infraestructura y equipos reducirá, además, las inversiones en esta tecnología, que también tiene la gran ventaja de no depender del precio de la electricidad. La hoja de ruta del proyecto “está concebida para que, en 2030, el gas generado por esta vía pueda competir en costes tanto con el producido por procesos convencionales a partir de gas natural, como con el obtenido por electrolisis”, continúa María Dolores Hernández.
Este hidrógeno podrá ser transportado por la red existente para su distribución a los diferentes puntos de consumo, pudiendo de esta manera emplearse la infraestructura actual como almacenamiento energético de la generación eléctrica renovable.
