Hidrógeno limpio para reducir las emisiones de carbono

El hidrógeno limpio, también denominado hidrógeno verde, puede desempeñar un papel clave en la descarbonización de diversos sectores, tal y como pretende la Comisión Europea y la Agenda 2030 para el Desarrollo Sostenible. Este tipo de hidrógeno puede obtenerse mediante diversos procesos, como la electrólisis impulsada por la energía fotovoltaica, la gasificación de la biomasa, la fotosíntesis artificial o mediante los ciclos termoquímicos impulsados por energía solar térmica. En esta última alternativa, un material sólido es capaz de reducirse a alta temperatura -liberando oxígeno- y reoxidarse al ponerse en contacto con vapor de agua, recuperando su estructura inicial y produciendo hidrógeno. Este proceso presenta la gran ventaja de obtener hidrógeno y oxígeno de forma separada, utilizando únicamente agua como materia prima sostenible. Sin embargo, su principal problema es que requiere condiciones muy exigentes de operación en cuanto a su temperatura (usualmente por encima de 1000-1200 ◦C).

Actualmente, se están explorando y desarrollando nuevos materiales capaces de reducirse en la primera etapa del proceso a temperaturas inferiores a 1000 ◦C, manteniendo una considerable producción de hidrógeno, de una manera estable y sostenida durante un gran número de ciclos termoquímicos consecutivos de reducción y oxidación. En esta línea, el Grupo de Ingeniería Química y Ambiental (GIQA) de la Universidad Rey Juan Carlos (URJC) ha conseguido preparar unos materiales activos para la producción de hidrógeno verde mediante ciclos termoquímicos a una temperatura notablemente inferior a la que se suele utilizar, llegando a bajar hasta 800 ◦C los requerimientos térmicos del proceso. Esto supone no solo un incremento en la eficiencia del proceso, sino enormes ventajas a la hora de plantear la implementación de estos procesos a escala industrial, dado que estas temperaturas de operación son compatibles con las que pueden alcanzarse en instalaciones actualmente en funcionamiento de energía solar térmica de concentración, como las centrales solares de torre o las centrales de disco parabólico.

Tal y como explican los investigadores, este sistema implica “menores pérdidas por radiación y mejor absorción de la radiación solar”. Además de que “se disminuyen los requerimientos técnicos de los materiales de construcción del reactor”, lo que se traduce en una reducción de costes. Estos resultados, publicados recientemente en la revista científica Catalysis Today, se han obtenido a partir de la preparación de materiales tipo perovskita, que se caracterizan por su buena facilidad para reducirse y oxidarse (propiedades redox), consiguiendo disminuir notablemente las altas temperaturas de operación en la obtención del hidrógeno verde termoquímico. Todo ello ha sido llevado a cabo gracias a la financiación de la Unión Europea y de la Comunidad de Madrid en el marco del Convenio Plurianual con la Universidad Rey Juan Carlos en la línea de actuación 1, Programa de “Estímulo a la investigación de jóvenes doctores” (ACES 2030 (S2018/EMT-4319) y M2174 SolToComb).

Perovskitas, materiales versátiles para la exploración de nuevos usos

Los materiales estudiados se basan en óxidos metálicos con estructura perovskita tipo ABO3, (como se muestra en la imagen). Sobre la formulación inicial -con lantano (La) en posición A y otros metales como cobalto (Co), níquel (Co), hierro (Fe) o cobre (Cu) en la posición B- se ha introducido aluminio (Al) en la estructura de la perovskita para modificar sus propiedades iniciales. Se han conseguido perovskitas con elevada capacidad de reducción y oxidación a baja temperatura (desde el punto de vista de la energía solar de concentración), con producciones estables de hidrógeno y sin daños aparentes o pérdida de actividad durante ciclos consecutivos. “Esto confirma que las perovskitas son materiales muy interesantes para la producción de hidrógeno a gran escala a partir de la disociación del agua mediante ciclos termoquímicos impulsados por energía solar a bajas temperaturas”, destacan los investigadores.

Este proceso abre nuevas posibilidades para la disminución de las emisiones de dióxido de carbono, puesto que gracias a la producción y empleo de hidrógeno como vector energético para diferentes aplicaciones se contribuiría a descarbonizar la economía y cumplir con el Pacto Verde Europeo de neutralidad climática para 2050.