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Un equipo de cient铆ficos avanza en la eficiencia del reactor de hidr贸geno

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Los reactores electroqu铆micos cer谩micos prot贸nicos empleados en un novedoso estudio utilizan energ铆a el茅ctrica para extraer hidr贸geno de otras mol茅culas con una eficiencia energ茅tica excepcional. El combustible puede ser amon铆aco, gas natural, biog谩s u otras mol茅culas con hidr贸geno. El proyecto ha permitido escalar un reactor electrificado hasta alcanzar una producci贸n de alrededor de medio kilo de hidr贸geno presurizado al d铆a mediante electrocompresi贸n, con una muy elevada pureza y m谩xima eficiencia energ茅tica, por encima del 90%.

La investigaci贸n la ha desarrollado un equipo internacional de cient铆ficos. La eficiencia energ茅tica es clave para el futuro del hidr贸geno.

Los cient铆ficos de Instituto de Tecnolog铆a Qu铆mica han demostrado que es posible trabajar con este tipo de tecnolog铆a a 150 bares de presi贸n. Este es uno de los grandes avances de la investigaci贸n. Con este sistema el di贸xido de carbono (CO2) que se produce en el proceso no se emite a la atm贸sfera. Se transforma en una corriente presurizada para su licuaci贸n y transporte para su posterior utilizaci贸n o almacenamiento, permitiendo as铆 la descarbonizaci贸n

Los investigadores han combinado con 茅xito 36 membranas cer谩micas individuales en un generador escalable y modular que produce hidr贸geno a partir de electricidad y diversos combustibles, con una p茅rdida de energ铆a casi nula. Es la primera vez que se demuestra que esta tecnolog铆a permite obtener hidr贸geno de forma industrial.

驴Qu茅 es un reactor de hidr贸geno?

Un reactor de hidr贸geno es una instalaci贸n capaz de iniciar, mantener y controlar las reacciones qu铆micas para producir hidr贸geno en estado puro. Este hidr贸geno se emplea como El reactor de hidr贸geno dispone de los medios adecuados para separar el elemento de otras mol茅culas y ser almacenado en condiciones adecuadas que le permitan ofrecer sus propiedades de vector energ茅tico, es decir, una vez obtenido el hidr贸geno con un elevado 铆ndice de pureza se puede almacenar y transportar hasta el momento de consumo.

Tipos de reactores de hidr贸geno

Existen diversos tipos de reactores para producir energ铆a de hidr贸geno. Tradicionalmente se han empleado de reactores de membrana. En su momento, un gran avance fue emplear nanocatalizadores de alta actividad y estabilidad, ya que facilit贸 trabajar a temperaturas m谩s bajas y empleando menos catalizador, en comparaci贸n con los reactores de lecho fijo convencionales.

Estos reactores permiten los procesos de generaci贸n y separaci贸n de hidr贸geno en un solo paso. En general las membranas usadas en reactores de hidr贸geno est谩n basadas en paladio. Sin embargo, el alto precio de los dos componentes de la membrana, sustrato y Pd, es un cuello de botella para su empleo a gran escala. Por tanto, la futura aplicaci贸n industrial de los reactores de membrana depende de su desarrollo a precios competitivos. Deben ser dise帽ados nuevos componentes con menor precio. Adem谩s ser铆a recomendable reducir significativamente la cantidad de paladio empleada en la construcci贸n de estas membranas.

Aplicaci贸n del Open innovation en el reactor de hidr贸geno

Para la obtenci贸n de estos resultados, se ha seguido una estrategia de lo que se conoce como Open innovation. El objetivo es crear conocimiento libre e impulsar la madurez de esta tecnolog铆a disruptiva. El siguiente paso en el programa de desarrollo es instalar un prototipo de generador de hidr贸geno en el campus de Saudi Aramco en Dhahran (Arabia Saud铆).

En esta ocasi贸n esta estrategia persigue dise帽ar un nuevo reactor electrificado para obtener hidr贸geno de forma m谩s sostenible y eficiente energ茅ticamente. El informe est谩 publicado en la revista cientifica Science.

Un equipo de investigaci贸n numeroso

Los participantes son: el Consejo Superior de Investigaciones Cient铆ficas (CSIC) con el Instituto de Tecnolog铆a Qu铆mica (ITQ), la Universidad Polit茅cnica de Valencia (UPV), Universidad de Oslo y el instituto de investigaci贸n SINTEF (Noruega), as铆 como de CoorsTek Membrane Sciences

El trabajo de investigaci贸n ha contado con el apoyo de expertos en tecnolog铆a y recursos financieros de las principales compa帽铆as energ茅ticas: Shell, ExxonMobil, TotalEnergies, Equinor, ENGIE y Saudi Aramco. La empresa estatal noruega Gassnova, y el Consejo de Investigaci贸n de Noruega, tambi茅n contribuyeron al ainvestigaci贸n con un aporte econ贸mico.

Los resultados

Los resultados obtenidos en este trabajo muestran por primera vez que la tecnolog铆a cer谩mica prot贸nica se puede utilizar para crear dispositivos escalables de hidr贸geno que allanan el camino para la fabricaci贸n industrial en masa. Mientras que otras energ铆as limpias como la solar o la e贸lica son intermitentes, el hidr贸geno tiene la ventaja de poder almacenar y distribuir energ铆a.

鈥淓ste sistema permitir谩 almacenar energ铆a en forma de mol茅culas de alta densidad energ茅tica con contenido en hidr贸geno, dando respuesta al problema de la intermitencia de las fuentes renovables鈥, indica Sonia Remiro, investigadora en el Instituto Tecnol贸gico de Qu铆mica.

鈥淐on nuestras membranas cer谩micas prot贸nicas podemos combinar pasos distintos de la producci贸n de hidr贸geno en una sola etapa donde el calor para la producci贸n catal铆tica de hidr贸geno es suministrado por la separaci贸n electroqu铆mica de gases para formar un proceso t茅rmicamente equilibrado. El resultado es hidr贸geno hecho con una p茅rdida de energ铆a casi nula鈥, destaca Jos茅 Manuel Serra, profesor de investigaci贸n del CSIC en el ITQ y coautor principal del trabajo.

Las membranas cer谩micas en el reactor de hidr贸geno

Las membranas operan a temperaturas elevadas, entre 400 y 800 grados cent铆grados, descomponiendo el hidr贸geno en sus part铆culas subat贸micas (protones y electrones), y transportando los protones a trav茅s de un electrolito cer谩mico s贸lido

Estas membranas cer谩micas prot贸nicas son convertidores de energ铆a electroqu铆mica. Funcionan de forma similar a los electrolizadores, las pilas de combustible y o las baterias. Una de las claves del avance es un nuevo componente desarrollado por la compa帽铆a CoorsTek Membrane Sciences a partir de materiales vitrocer谩micos y met谩licos. Esta combina la robustez a altas temperaturas de una cer谩mica y la conductividad electr贸nica de un metal.

El hidr贸geno es el elemento qu铆mico m谩s abundante del planeta, pero no se encuentra disponible en ning煤n yacimiento. Hay que obtenerlo de otros elementos que lo contienen. Estos avances facilitan la producci贸n de hidr贸geno con fines energ茅ticos.

La contaminaci贸n generada en el proceso se diferencia dando colores al hidr贸geno. El m谩s limpio es el hidr贸geno verde, que se produce mediante fuentes renovables de energ铆a. Los resultados del informe son prometedores.

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Ingeniero senior especializado en energ铆a de hidr贸geno