Un equipo de investigadores del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y
la Universitat Politècnica de València (UPV) ha desarrollado una nueva tecnología que
permite transformar la electricidad en hidrógeno o productos químicos, aplicando para
ello exclusivamente microondas de potencia, sin cables y sin contacto alguno con
electrodos. Se trata de una revolución en el campo de la investigación energética y un
avance clave para el proceso de descarbonización industrial, así como para el futuro de
sectores como el de la automoción o la industria química, entre otros muchos. De él se
hace eco el último número de la revista Nature Energy, donde se describe el
descubrimiento.
La tecnología desarrollada y patentada por el CSIC y la UPV se basa en el fenómeno de
la reducción por microondas de materiales sólidos. Gracias a ella, es posible realizar
procesos electroquímicos directamente en volumen y sin necesidad de electrodos, lo
que simplifica y abarata sustancialmente su aplicación práctica al tener mucha más
libertad en el diseño de la arquitectura del dispositivo y en la elección de las condiciones
de operación, principalmente la temperatura.
“Se trata de una tecnología con un potencial práctico enorme, especialmente para su
uso en el almacenamiento de energía y producción de combustibles sintéticos y
productos químicos verdes. Este aspecto tiene ahora mismo una relevancia
trascendental, pues tanto el transporte como la industria están envueltos en una
transición para descarbonizarse, es decir, deben cumplir unos objetivos muy exigentes
entre 2030 y 2040 para reducir el consumo de energía y de materias procedentes de
fuentes fósiles, principalmente de gas natural y petróleo”, destaca José Manuel Serra,
profesor de investigación del CSIC en el Instituto de Tecnología Química.
Hidrógeno verde para uso industrial y transporte
La aplicación principal de esta “revolucionaria” tecnología que han estudiado los
investigadores del Instituto de Tecnología Química (ITQ), centro mixto de la UPV y el
CSIC, y del Instituto de Tecnologías de la Información y Comunicaciones (ITACA) de la
UPV es la producción de hidrógeno verde (producido sin emitir gases de efecto
invernadero) a partir de agua, para uso industrial y transporte.
Según apunta el equipo del ITQ e ITACA, se trata de una tecnología con un gran potencial
para el sector de la automoción, en concreto para los coches alimentados por pilas de
combustible e híbridos o grandes vehículos como trenes o barcos. Pero también para la
industria química, la metalurgia, el sector cerámico o la producción de fertilizantes,
entre otros sectores. “Este método hará posible la transformación de electricidad
renovable, típicamente de origen solar o eólica, en productos de valor añadido y
combustibles verdes. Sus aplicaciones son innumerables y esperamos que surjan nuevos
usos en almacenamiento de energía, desarrollo de nuevos materiales y producción
química”, destaca José Manuel Catalá, investigador del Instituto ITACA de la UPV.
En el artículo publicado en Nature Energy, los investigadores ofrecen además un estudio
técnico y económico que demuestra que con esta tecnología se pueden alcanzar
eficiencias energéticas elevadas y que los costes de las instalaciones para desarrollar el
proceso de producción de hidrógeno son muy competitivos con respecto a los de las
tecnologías convencionales.
Recarga ultrarrápida de baterías… y exploración espacial
El equipo de la UPV y el CSIC estudia otras aplicaciones futuras de esta tecnología y
centra ahora sus esfuerzos en su uso para la recarga ultrarrápida de baterías. “Nuestra
tecnología podría hacer posible la reducción prácticamente instantánea de todo el
volumen del electrodo (ánodo metálico) en el que se almacena la energía. En otras
palabras, pasaríamos de un proceso de carga progresivo capa a capa, que puede llevar
horas, a un proceso simultáneo en todo el volumen del electrolito, lo que permitiría
cargar una batería en pocos segundos”, apunta José Manuel Catalá.
Otra aplicación que sería la generación directa de oxígeno con microondas, lo que abre
un amplio campo de nuevas aplicaciones. “Un uso específico sería la producción directa
de oxígeno con rocas extraterrestres, pudiendo tener un papel importante en la futura
exploración y colonización de la Luna, Marte u otros cuerpos rocosos del sistema solar”,
concluye José Manuel Serra.
Un poco de historia del descubrimiento
El equipo de investigadores observó que cuando se estaban procesando materiales
iónicos con microondas, los materiales mostraban cambios inusuales en sus
propiedades, especialmente en su conductividad electrónica, cambios que no sucedían
cuando se calentaban de manera convencional. “Nuestra curiosidad por entender estos
cambios bruscos de sus propiedades eléctricas nos hizo seguir profundizando, diseñar
nuevos experimentos, nuevos reactores microondas y aplicar otras técnicas analíticas”,
explica José Manuel Catalá.
El equipo de los institutos ITACA e ITQ comprobó que las microondas interactúan con
estos materiales acelerando los electrones y dando lugar a la liberación de moléculas de
oxígeno de su estructura (lo que también se denomina reducción). Este cambio se
manifestaba precisamente con alteraciones bruscas de la conductividad a temperaturas
relativamente bajas (~300ºC). “Este estado de semiequilibrio se mantiene mientras se
aplican microondas, pero tiende a revertirse a través de la reoxigenación (reoxidación)
cuando dejan de aplicarse las microondas. Enseguida nos dimos cuenta del enorme
potencial práctico que tenía este descubrimiento, especialmente en una coyuntura
como la actual de progresiva descarbonización, necesaria para alcanzar el objetivo de
que la Unión Europea sea climáticamente neutra en 2050, una economía con cero
emisiones netas de gases de efecto invernadero”, concluye José Manuel Serra.
Referencia:
J. M. Serra, J. F. Borras-Morell, B. Garcia-Baños, M. Balaguer, P. Plaza-Gonzalez, J. Santos-Blasco, D.
Catalán-Martínez, L. Navarrete and J. M. Catala-Civera. “Hydrogen production via microwave-induced
water splitting at low temperature”. Nature Energy. DOI: 10.1038/s41560-020-00720-6