Desarrollan un nuevo material cerámico para la separación y obtención de hidrógeno

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CSIC
La agencia estatal Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) es la mayor institución pública dedicada a la investigación en España y la tercera de Europa.

Un equipo de investigadores del Instituto de Tecnología Química (ITQ), centro mixto del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universitat Politècnica de València, ha diseñado un nuevo material cerámico compuesto por membranas para la separación y obtención de hidrógeno de alta pureza. Su trabajo ha sido publicado en la revista Scientific Reports, del grupo Nature, y abre una vía de gran interés para el almacenamiento de este combustible, el más limpio y de mayor potencial en el sector energético mundial. Junto con los investigadores del ITQ han participado también científicos del Forschungszentrum Jülich de Alemania.

Algunas de las principales aplicaciones del hidrógeno son en celdas de combustible o en centrales térmicas de generación de energía, donde los únicos residuos son H2O y CO2, lo que permite la captura directa de este último compuesto. Otras aplicaciones se basan en la extracción de H2 puro de mezclas gaseosas para su reacción directa en diversos procesos químicos o simplemente para su almacenamiento.

Según apunta María Balaguer, investigadora del CSIC en el Instituto de Tecnología Química, “en las últimas décadas ha aumentado el interés en las tecnologías del hidrógeno aplicadas al transporte. La actividad industrial en este campo se enfoca principalmente a la producción de energía eléctrica o al desarrollo de vehículos impulsados por hidrógeno mediante celdas de combustible. Algunas multinacionales están desarrollando estas tecnologías, como ocurre con CoorsTek Membrane Sciences en EE.UU. y Noruega; Rolls-Royce Fuel Cell Systems en EE.UU. y Reino Unido; Toyota y Honda en Japón o Doosan en Corea del Sur”.

A escala industrial, la mayor parte del hidrógeno se produce actualmente mediante el reformado con vapor de gas natural, llevado a cabo en grandes reactores multitubulares de lecho fijo. El alto número de etapas del proceso disminuye la eficiencia del sistema y hace que el escalado sea económicamente ineficiente. Entre las diferentes tecnologías relacionadas con la producción, separación y purificación de H2, el uso de membranas aparece como una alternativa prometedora para la sustitución de estos sistemas convencionales de alto consumo energético.

Actualmente, los materiales de media y alta temperatura para la separación de H2 están basados en aleaciones de paladio. Sin embargo, además de su alto coste, el metal no es estable a largo plazo. Una alternativa a los metales son los óxidos cerámicos complejos. Tienen la ventaja de ser 100 % selectivos al H2. Tal y como apunta María Balaguer, “estas cerámicas son capaces de transportar protones operando a temperaturas entre 600 y 750 ºC, por lo que pueden ser integradas en plantas térmicas de generación de energía o en procesos químicos industriales, donde permiten la captura de CO2 para su posterior utilización o almacenamiento".

Hasta la fecha, las membranas existentes o bien no eran estables en las condiciones de operación, o bien el rendimiento de la separación de hidrógeno era demasiado bajo para introducirlas en procesos industriales. La combinación de materiales propuesta por los investigadores del ITQ significa un paso adelante en este sector. “Podría resolver las actuales dificultades para hacer viable el uso de estas membranas densas en procesos industriales y de generación de energía”, concluye María Balaguer.

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