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.
M.E. Ivanova, S. Escolástico, M. Balaguer, J. Palisaitis, Y-J. Sohn, W.A. Meulenberg, O.
Guillon, J. Mayer y J.M. Serra. Hydrogen separation through tailored BaCe1-xEuxO3-δ:
Ce1-yYyO2-δ (x,y=0-0.2) dual phase membranes at intermediate temperatures. Scientific
Reports (2016), 34773-34787. DOI:10.1038/srep34773