Los autores de este artículo son Víctor Dato (GFM Fotovoltaica); Sergio Luján (GFM Fotovoltaica); Jesús Martín-Borja (GFM Fotovoltaica); Francisco Fueyo-González (HFC); María Cuartero-González (Instituto IMDEA Energía); Julio Lado (Instituto IMDEA Energía); Enrique García-Quismondo (Instituto IMDEA Energía); Jesús Palma (Instituto IMDEA Energía).
En el contexto de la transición energética actual, son necesarias tecnologías de hidrógeno capaces de reducir costes y hacer posible la valorización de residuos. En este sentido, el proyecto NITRO-D-CELL, desarrollado por GFM Fotovoltaica, Hydrogen Fuel Cell (HFC) e IMDEA Energía, explora la producción de hidrógeno verde mediante la electrólisis alcalina de derivados nitrogenados procedentes de residuos.
El proyecto ha demostrado el potencial de la electrólisis alcalina de N-derivados tipo urea para disminuir el consumo energético frente a la electrólisis convencional del agua. Cabe destacar que uno de los aspectos clave del proyecto es el diseño de celdas de flujo alcalinas, cuya arquitectura interna condiciona el rendimiento electroquímico, la durabilidad y la viabilidad industrial.
La iniciativa analiza y compara dos configuraciones de celda, evaluando materiales, diseño y resultados, así como los retos asociados a su escalado en stacks. Las configuraciones son las siguientes:
- Celda impresa en 3D: flexible y de bajo coste para ensayos en laboratorio
- Celda comercial tipo redox-flow: más robusta y con mayor capacidad de escalado
Requisitos de una celda de flujo para electrólisis alcalina de N-derivados
La oxidación favorable de los N-derivados permite operar a voltajes reducidos, pero exige una gestión eficaz del flujo, una separación segura de gases y materiales resistentes a medios altamente alcalinos. Una celda adecuada debe optimizar la geometría de los canales, la selección de materiales estructurales y colectores de corriente, la separación anódica/catódica con baja resistencia óhmica y la modularidad para el escalado.
Celda de flujo alcalina fabricada mediante impresión 3D
La primera configuración evaluada es una celda de laboratorio impresa en 3D, con geometría en H y alta flexibilidad de diseño (superficie activa de 8 cm²). Se emplean electrodos de níquel, colectores de grafito expandido, juntas de EPDM o Viton y distintos separadores.
Los ensayos identifican a las juntas EPDM como más estables que Viton en medio alcalino, y al separador Celgard 3501 como la opción óptima frente a membranas AEM, por su baja resistencia óhmica, buena humectabilidad y mayor durabilidad. Los electrodos de níquel muestran una elevada actividad para la oxidación de N-derivados, lo que permite operar a menores voltajes.
Celda comercial tipo redox-flow modificada para electrólisis alcalina
Para evaluar la escalabilidad, se adaptó una celda comercial redox-flow (superficie activa >25 cm²) para electrólisis alcalina. Esta configuración incorpora endplates de acero, colectores de níquel, juntas EPDM y separadores similares a los ensayados en la celda 3D. Su mayor robustez mecánica y control de la compresión la hacen más adecuada para aplicaciones semiindustriales.
Comparativa técnica entre ambas celdas
| Parámetro | Celda 3D (8 cm²) | Celda comercial (25+ cm²) |
| Flexibilidad de diseño | Muy alta | Baja |
| Compatibilidad industrial | Media | Alta |
| Colectores | Grafito expandido + Cu | Níquel |
| Estanqueidad | Dependiente de resina y juntas | Muy robusta |
| Separador óptimo | Celgard 3501 | Celgard 3501 |
| Adecuación para escalado | Limitada | Alta |
| Coste de prototipado | Muy bajo | Alto |
Ambas celdas demuestran la viabilidad electroquímica del proceso. La celda impresa en 3D destaca por su bajo coste y flexibilidad de diseño, mientras que la celda comercial presenta mayor compatibilidad industrial, robustez y potencial de escalado, consolidándose como la opción base para el desarrollo de stacks.
Implicaciones para el diseño de stacks de electrólisis de N-derivados
Los resultados obtenidos permiten definir criterios clave para el escalado a stacks modulares: minimización de pérdidas óhmicas mediante colectores de níquel, integración de componentes estándar (EPDM y Celgard), control térmico e hidráulico, y definición de ventanas electroquímicas seguras de operación. Estos aspectos son críticos para superficies activas del orden de 150–300 cm², previstas en el prototipo semiindustrial.
Desde una perspectiva industrial, el uso de materiales abundantes y de bajo coste evita metales nobles y reduce drásticamente el coste de los electrodos. Combinado con menores voltajes de operación, el sistema presenta potencial para alcanzar costes inferiores a 5,85 €/kg de H₂ y consumos energéticos por debajo de 50 kWh/kg.
Las conclusiones del proyecto NITRO-D-CELL
El proyecto NITRO-D-CELL confirma que la electrólisis alcalina de derivados nitrogenados es una vía madura y prometedora para la producción de hidrógeno verde de bajo coste. La comparación entre una celda impresa en 3D y una celda comercial tipo redox-flow permite identificar criterios claros de diseño y escalado. Los electrodos basados en níquel, junto con separadores Celgard 3501 y juntas EPDM, se consolidan como soluciones eficientes, robustas y económicas.
Estos avances posicionan la tecnología desarrollada como una alternativa competitiva y alineada con la economía circular, con un claro potencial de transferencia industrial. El proyecto continuará durante 2026 para consolidar resultados, ampliar la validación operativa y avanzar hacia demostradores a mayor escala.
Financiación del proyecto
El proyecto ha sido acogido dentro del Programa de incentivos 4: retos de investigación básica-fundamental de IDAE. Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía en el marco del Plan de Recuperación, Transformación y Resilencia. Financiado por la Unión Europea – NextGenerationEU.
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