Investigadores del Instituto de Tecnología Technion de Israel han desarrollado una nueva tecnología, limpia, económica y segura, para producir hidrógeno. Dichos investigadores han creado una startup basada en esta tecnología, llamada H2Pro, para convertir la tecnología en una aplicación comercial.
La tecnología, presentada recientemente en Nature Energy, mejora significativamente la eficiencia de la producción de hidrógeno. Comparada con métodos actuales, la mejora de la eficiencia energética pasa del 75% al 98,7%.
Según los investigadores, la producción de hidrógeno electrolítico se enfrenta a desafíos tecnológicos que mejoren su eficiencia, valor económico y potencial para la integración global.
Explican que en la electrolisis de agua convencional, las reacciones de oxidación y reducción de agua se acoplan tanto en tiempo como en espacio. Ocurren simultáneamente en un ánodo y un cátodo en la misma celda. Y eso presenta desafíos, como la separación del producto, y establece restricciones estrictas sobre la selección de materiales y las condiciones del proceso.
En consecuencia, los investigadores han realizado investigaciones que han llevado al desarrollo de un proceso único basado en esa actividad cíclica. En ella, el ánodo (el electrodo donde tiene lugar el proceso de oxidación) cambia de forma intermitente.
La tecnología tiene dos pasos. En la primera etapa, el cátodo (el electrodo donde tiene lugar la reducción) produce hidrógeno al reducir las moléculas de agua, mientras que el ánodo cambia su composición química sin producir oxígeno. En la segunda etapa, el cátodo es pasivo, mientras que el ánodo vuelve a su estado original y el ciclo comienza otra vez.
El proceso se llama división de agua electroquímica-química activada térmicamente (E-TAC) y consigue desacoplar las reacciones de evolución de hidrógeno y oxígeno. Todo ello permite producir hidrógeno a bajos voltajes en un proceso cíclico simple con alta eficiencia, robustez, seguridad y potencial de ampliación.
La producción y uso del hidrógeno en la actualidad
Anualmente, en el mundo, se producen enormes cantidades de hidrógeno. Alrededor de unas 65 millones de toneladas, valoradas en unos 130 mil millones de dólares. En total, una energía de unos 9 exajulios (EJ), el equivalente a alrededor de 2.600 teraWatts hora (TWh). Se espera que estas cantidades se tripliquen en los próximos 20 años. Y que el consumo de hidrógeno alcance los 14 EJ para 2030 y los 28 EJ para 2040.
Alrededor del 53% del hidrógeno producido se utiliza para producir amoniaco para fertilizantes y otras sustancias. Del resto, el 20% se utiliza en refinerías, el 7% para producir metanol y otro 20% en diferentes usos.
En el futuro, se espera que el hidrógeno se emplee en otras aplicaciones, tal es el caso de los vehículos eléctricos de celdas de combustible. Asimismo, para almacenamiento de energía procedente de fuentes renovables, para el equilibrio de la red y la potencia para aplicaciones de gas (P2G), calefacción industrial y doméstica, etc… De ahí que sean muchas las investigaciones relacionadas con la manera de producir hidrógeno.
Producir hidrógeno limpio
Alrededor del 99% del hidrógeno que se produce en la actualidad, se origina en combustibles fósiles, principalmente por extracción del gas natural. El proceso genera emisiones de CO2 que con esta nueva tecnología se reduciría drásticamente.
La alternativa más limpia es la producción de hidrógeno mediante el proceso de electrolisis de agua. Pero requiere solventar ciertos desafíos tecnológicos. Como ejemplo, la pérdida de energía. Asimismo, otro hándicap está en relacionado con las atmósferas de presión de la celda electrolítica. Como ejemplo, los vehículos eléctricos de celda de combustible usan hidrógeno comprimido a 700 atmósferas. Para conseguir la presión requerida por el vehículo, se utilizan compresores grandes y costosos.
En ese aspecto, la nueva tecnología resuelve estos problemas y reduce los costes del sistema de producción de hidrógeno. Además, las previsiones, si todo va como se espera, indican que será posible producir hidrógeno a escala industrial. Incluso, que se podrá producir mediante fuentes de energía limpia y renovable.
Las investigaciones
La investigación, que forma parte del Programa de Energía Nancy y Stephen Grand Technion (GTEP), fue realizada por el Profesor Avner Rothschild del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales y el Profesor Gideon Grader de la Facultad de Ingeniería Química, junto con el Dr. Hen Dotan y Avigail Landman, estudiante de doctorado bajo la supervisión conjunta del Prof. Grader y el Prof. Rothschild. Posteriormente, los investigadores se unieron a los fundadores de la compañía Viber para crear H2Pro y comercializar la tecnología.
La compañía, que utiliza una licencia exclusiva del Instituto Technion, lleva recaudados ya más de 5 millones de dólares en una campaña dirigida por Hyundai. Cuenta con 20 empleados y tiene el apoyo de diferentes instituciones, como el de la Comisión Europea a través del Programa Marco Horizonte 2020.
