Investigadores del Instituto de Tecnología Technion
de Israel desarrollaron una tecnología innovadora, limpia, económica y segura
para producir hidrógeno.
8 de octubre de 2019. La
novedosa tecnología mejora significativamente la eficiencia de la producción de hidrógeno, desde ~75%
utilizando los métodos actuales hasta una eficiencia energética de 98.7%, sin
precedentes. Los investigadores crearon un proceso cíclico en el que la
composición química del ánodo (el electrodo donde tiene lugar el proceso de
oxidación) cambia de forma intermitente.
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 produce oxígeno
oxidando las moléculas de agua. Al final de la segunda etapa, el ánodo vuelve a
su estado original y el ciclo comienza nuevamente.
Este innovador proceso, llamado división de agua
E-TAC (división de agua electroquímica térmicamente activada y química),
desacopla las reacciones de evolución de hidrógeno
y oxígeno. Con base en esta tecnología, los investigadores fundaron H2Pro, una
empresa startup que trabaja para
convertir la tecnología en una aplicación comercial.
La investigación 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.
Anualmente se producen enormes cantidades de
hidrógeno en todo el mundo: ~65 millones de toneladas valoradas en ~130 mil
millones de dólares, con una energía total de ~9 exajulios (EJ), el equivalente
a ~2.600 teraWatts por hora (TWh).
Estas cantidades aumentan constantemente y se
espera que se tripliquen en los próximos 20 años. Se estima que el consumo de
hidrógeno alcanzará 14 exajulios para 2030 y 28 exajulios para 2040.
En el futuro, se espera que el hidrógeno sirva para varias aplicaciones, algunas de las cuales se
encuentran en etapas aceleradas de desarrollo: el hidrógeno como combustible
para vehículos con celdas de combustible, como combustible para almacenar
energía de fuentes de energía renovables para aplicaciones de equilibrio de la
red y power-to-gas (P2G), calefacción
industrial y doméstica, y otras más.
Alrededor del 99% del hidrógeno producido hoy se origina de combustibles fósiles,
principalmente por extracción de gas natural (SMR).
Actualmente, la alternativa principal para la producción de hidrógeno limpio sin emisiones
de CO2 es la electrólisis del agua. Esta producción conlleva una
serie de desafíos tecnológicos. Una de ellas es la pérdida significativa de
energía. Hoy en día, la eficiencia energética de los procesos de electrólisis
es solo del 75%, y esto significa un alto consumo de electricidad. Otra
dificultad está relacionada con la membrana que divide la célula electrolítica
en dos.
La tecnología E-TAC tiene varias ventajas
significativas sobre la electrólisis:
1. Separación cronológica absoluta entre la producción
de hidrógeno y la producción de oxígeno, con los dos procesos ocurriendo en
diferentes momentos.
2. En el nuevo proceso, el oxígeno se produce a
través de una reacción química espontánea entre el ánodo cargado y el agua, sin
utilizar una corriente eléctrica en ese punto. Esta reacción elimina la
necesidad de electricidad durante la producción de oxígeno y aumenta la
eficiencia energética del 75% utilizando métodos habituales a una eficiencia
sin precedentes del 98,7%.
3. Se espera que la tecnología E-TAC no solo
reduzca los costos operativos sino también los costos de los equipos. H2Pro
estima que el costo del equipo para producir
hidrógeno utilizando E-TAC será aproximadamente la mitad del costo del
equipo utilizado en las tecnologías existentes.
La electrólisis se descubrió hace más de 200 años y
desde entonces ha sufrido una serie acumulativa de mejoras. Actualmente, los
investigadores de Technion están proponiendo un cambio disruptivo en el
concepto que conducirá a una producción de hidrógeno menos costosa, limpia y
segura. También consideran que es probable que el nuevo proceso genere una
revolución en la producción de hidrógeno
basada en energía limpia y renovable, como la energía solar o eólica.
La investigación cuenta con el apoyo del Programa
de Energía Nancy y Stephen Grand Technion (GTEP), del premio Ed Satell para
Combustibles Alternativos de Nitrógeno-Hidrógeno (NHAF), de la Fundación
Adelis, del Ministerio de Energía y de la Comisión Europea (Programa Marco
Horizonte 2020 de la UE)
Fuente: Technion
