La búsqueda de energías alternativas sigue siendo, y lo lleva siendo décadas, el mayor quebradero de cabeza y objeto de trabajo para los científicos. Son muchos los que creen que en el hidrógeno está el futuro principalmente para la movilidad de los coches, pero de momento sigue siendo una opción que genera dudas tanto por buscar fuentes donde conseguirla como porque en su mayoría, el 95%, sigue siendo «sucio», pero Birmingham acaba de encontrar la llave para cambiarlo.
Casi todo el hidrógeno que se consume hoy en día proviene del gas natural y emite CO₂. Sin embargo, un equipo de la Universidad de Birmingham ha presentado una nueva ruta de baja temperatura que promete producir hidrógeno limpio de forma más barata y eficiente, aprovechando el calor residual de industrias como el acero o el cemento.
La paradoja del hidrógeno: limpio al usarlo, sucio al producirlo
El hidrógeno lleva tiempo planteándose como la alternativa clave para los automóviles. Un coche que solo eche vapor de agua por el tubo de escape. Ese es el sueño del hidrógeno verde como combustible. Cuando se quema o se hace reaccionar en una pila de combustible, el único residuo que genera es agua pura.
Pero hay un gran «pero» que pocas veces se menciona en los titulares optimistas: el 95% del hidrógeno que se produce actualmente en el mundo no es verde. De hecho, es todo lo contrario. La gran mayoría se obtiene a partir de gas natural (principalmente metano) mediante un proceso llamado «reformado con vapor». Este método resulta caro ineficaz energéticamente y, además, emite grandes cifras de CO2 a la atmósfera. Es decir, produce un hidrógeno limpio a expensas de ensuciar el planeta con el gas de efecto invernadero.
Los otros métodos, como la electrólisis (separar el agua en hidrógeno y oxígeno usando electricidad renovable) son limpios, pero siguen siendo demasiado caros y consumen mucha energía. Por eso, actualmente solo aportan alrededor del 4% del hidrógeno mundial.
El reto, por tanto, no es solo producir hidrógeno, sino hacerlo sin emisiones y a un precio competitivo. Y ahí es donde entra en juego el descubrimiento de la Universidad de Birmingham.
La solución: partir agua con menos calor y más inteligencia
La Escuela de Ingeniería Química de Birmingham, ha dado a conocer un trabajo en la International Journal of Hydrogen Energy el cual nos sorprende con una alternativa extraordinaria. Y consiste en una mejora de un proceso poco conocido pero que se reconoce que tiene mucho futuro: la llamada división termoquímica del agua.
¿En qué consiste? Pues básicamente en que un material especial (un catalizador) y mucho calor logran «romper» las moléculas de agua (H₂O) en sus dos componentes: hidrógeno y oxígeno. No se necesitaría electricidad, como en la electrólisis, sino calor. El problema histórico de este método ha sido que las temperaturas necesarias son extremas: entre 700 ºC y 1000 ºC para romper el agua y, entre 1300 ºC y 1500 ºC, para regenerar el catalizador y volver a empezar el ciclo. Estas temperaturas son difíciles de alcanzar y muy caras de mantener.
Lo que ha conseguido el equipo de Birmingham es bajar drásticamente el termostato. Un nuevo catalizador de perovskita (un tipo de material con una determinada estructura cristalina) que consta de bario, niobio, calcio y hierro (BNCF) se ha desarrollado. Este material es barato, poco tóxico y relativamente fácil de fabricar.
El nuevo catalizador opera a temperaturas de entre 150 °C y 500 °C en el proceso de división del agua, y la temperatura de regeneración del catalizador se encuentra entre 700 °C y 1000 °C; esto es, el procedimiento ha permitido bajar unos 500 grados Celsius (o lo que es lo mismo, hasta unos 900 grados Fahrenheit) la temperatura que se necesitaba. Para hacernos una idea, es como si pudiéramos hervir agua para cocer pasta con solo el calor que desprende un radiador en invierno.
Aprovechar el calor que se tira
Lo más importante de este hallazgo, es que plantean aprovechar para este proceso el calor residual (el que se tira) en las grandes fábricas. Ese calor sobrante suele estar en un rango de temperatura medio, no lo suficientemente alto para los procesos químicos tradicionales, pero sí perfecto para el nuevo método de Birmingham.
La propuesta de los investigadores es colocar sus reactores de producción de hidrógeno junto a estas fábricas. Usarían ese calor residual (que para la fábrica es un residuo y no tiene coste) para alimentar el proceso de división del agua. El hidrógeno producido se podría usar localmente, por ejemplo, para alimentar los camiones de la propia fábrica o para generar electricidad, sin necesidad de transportarlo a largas distancias.
El profesor Yulong Ding lo explica con una claridad meridional: «La menor temperatura general del proceso podría permitir producir hidrógeno cerca de plantas de energía renovable, y sectores de la industria de base como el acero, el cemento, el vidrio y los productos químicos tienen un excedente de calor residual que podría aprovecharse como entrada de calor para la producción de hidrógeno a baja temperatura. Si el hidrógeno se usa localmente, se superarían los obstáculos que presentan el almacenamiento y el transporte».
Ventaja económica y el futuro
El estudio de Birmingham también ha hecho un primer análisis de costes y los resultados son muy alentadores. Con sus cálculos, este método de división termoquímica con el nuevo catalizador de perovskita podría llevar a producir hidrógeno a un precio inferior tanto al del «hidrógeno verde» (electrólisis) como que el «hidrógeno azul» (reformado de gas natural con captura de CO₂).
A su vez, el catalizador también ha demostrado ser estable y funcional durante al menos 10 ciclos de producción sin apenas degradación, lo que conlleva un buen tiempo de vida en un entorno industrial real.
