Hasta ahora, ¿cómo generábamos hidrógeno?
El 96% del hidrógeno proviene de los combustibles fósiles: a partir del gas natural, del aire y con un catalizador se produce hidrógeno, y es una manera rápida y barata de generarlo, aunque no muy sostenible. Otra manera de producirlo es a partir de la electrólisis: aplicando electricidad al agua se consigue la separación de sus componentes, es decir, oxígeno e hidrógeno. Un 4% del hidrógeno creado se hace a través de este proceso, que es más caro y que es sostenible, dependiendo de si la electricidad necesaria la generamos a partir de recursos renovables.
Lo que hemos conseguido ahora es generar hidrógeno a partir de la luz solar y a partir de un combustible renovable -el bioetanol-, sin necesidad de electricidad ni de combustibles fósiles, por lo tanto es un avance interesante.
¿Cómo funciona la generación de hidrógeno a partir del método que han descubierto?
A partir de un fotocatalizador, hecho de óxido de titanio y nanopartículas de oro en la superficie, que introducimos en un recipiente con etanol y exponemos a la luz solar, con agitación, generamos el hidrógeno. El proceso es el siguiente: el óxido de titanio es un material semiconductor que genera electrones a partir de la luz solar. Las nanopartículas de oro que se encuentran en la superficie del fotocatalizador retienen los electrones unos instantes, y esto hace que, mientras tanto, el bioetanol reaccione generando moléculas de hidrógeno. En este caso es muy importante destacar que el tipo de interacción que se establece entre el semiconductor y las nanopartículas de oro es clave para el proceso. También hay que destacar que trabajamos con óxido de titanio (TiO2) en formato anatasa, que es cien veces más efectivo que en formato rutilo.
¿Qué ventajas supone este hallazgo?
La principal ventaja es que generamos hidrógeno a partir de una energía renovable: la luz solar. Es un método de producción de hidrógeno sostenible. Otro de los beneficios de este método es que el catalizador que utilizamos en el proceso es relativamente barato -porque trabaja en condiciones suaves, a temperatura y presión ambiente- y eso hace que su durabilidad sea muy elevada, por tanto, no hay que destinar costes a renovarlo constantemente y hace que a largo plazo sea más barato que otros catalizadores. Además, se trata de un catalizador totalmente estable, lo que implica que puede funcionar muy bien a nivel industrial.
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¿Cuáles son los puntos a mejorar de esta nueva manera de generar hidrógeno?
Tenemos que seguir trabajando para mejorar el rendimiento del catalizador, que aún es discreto en comparación con la generación de hidrógeno a partir de energías fósiles. Y para lograr esto, tenemos que rediseñar el tipo de reactor: habría que aplicar ingeniería de reacción, trabajar su geometría, para optimizar el diseño y hacer que pudiera recoger más cantidad de luz solar por unidad de superficie. También habría que conseguir un abaratamiento de la generación de hidrógeno a través de este método: la producción de hidrógeno a partir del proceso que presentamos es aún hoy más cara que la hecha a partir de gas natural.
¿Qué aplicaciones reales tiene hoy el hidrógeno?
Hay tres aplicaciones muy claras: por un lado, las aplicaciones estacionarias:(edificios y hogares), las aplicaciones móviles (medios de transporte) y las aplicaciones portátiles (electrónica de consumo).
Y ¿cómo funcionan?
En el caso de las aplicaciones estacionarias estamos hablando, por ejemplo, de hospitales, estaciones de bomberos y policía: edificios que no se pueden quedar sin luz porque es de vital importancia que la tengan asegurada. El hidrógeno entra en juego a través de las pilas de combustible -sistemas que funcionan directamente con gas natural de la red y tienen una unidad anexa con un catalizador- que genera hidrógeno (a partir del gas natural) y electricidad (a partir de la pila de combustible). De esta manera la electricidad de estos edificios no falla nunca, porque cuenta con dos fuentes diferentes: la red eléctrica, por un lado, y la red de gas natural, por otro. Y así el suministro eléctrico se ve garantizado.
También tenemos las aplicaciones móviles …
Por otro lado, encontramos las aplicaciones móviles,que serían los medios de transporte.Ya en el año 2006, para combatir la contaminación en la ciudad, se creó el proyecto europeo CUTE (Clean Urban Transport for Europe) que puso en marcha autobuses con hidrógeno en Barcelona, Madrid y otras ciudades europeas. Pero aquí el problema es que hacer funcionar vehículos con hidrógeno todavía es demasiado caro y además hay que destacar que todavía no tenemos una red de distribución de hidrógeno diseñada y habilitada. Si los taxis fueran con hidrógeno, ¿cómo se recarga? Lo que sí hay hoy es la red de gas natural montada y la red eléctrica. Yo creo que una de las aplicaciones del hidrógeno que veremos antes no será en los coches, sino en la electrónica de consumo.
Esta sería la tercera familia de aplicaciones con hidrógeno: hablemos …
Esta es la última familia, sí. Son las aplicaciones portátiles y electrónica de consumo,o sea, móviles, MP3, ordenadores portátiles, etc. Este es el grupo que, probablemente, comenzará a utilizar antes el hidrógeno, antes incluso que los medios de transporte. Porque el consumidor, para tener un móvil que le dure muchas más horas o un ordenador portátil que funcione 20 horas seguidas con pilas de combustible -que ya existen-, ahí sí que estaría dispuesto a pagar más. Y además, hay pilas de combustible que funcionan con metanol (alcohol líquido que puede ser de origen renovable, porque lo podemos extraer de la biomasa). Esto quiere decir que si nos vamos de viaje a un lugar remoto, llevando un bote con metanol y llenando el depósito del aparato ya no nos deberíamos preocupar de enchufar el móvil o el portátil en ningún ugar, para que funcionara.
¿Y las aplicaciones futuras del hidrógeno?
A ver, pasarían por hacer una aplicación más masiva de las pilas de combustible en los hogares y poder sustituir los calentadores de gas por estas pilas de combustible eficientes. Y ojalá el hidrógeno se pudiera aplicar a los coches, también, aunque esto requerirá más tiempo para abaratar costes.
¿En qué momento el hidrógeno podrá ser una alternativa real al carbón, el gas natural o la electricidad?
Hay que dejar bien claro que el petróleo, gas natural, etc. son fuentes de energía, mientras que el hidrógeno y la electricidad son vectores energéticos, es decir, que primero hay que invertir energía para obtenerlos. Dicho esto, está bastante claro que pronto tendremos que cambiar el chip y ya no servirá pensar que tendremos un combustible único y a partir de allí lo haremos funcionar todo. Estaremos obligados a usar muchas energías diferentes combinadas y la introducción de las renovables se irá haciendo de forma progresiva.
A medida que se encarezcan los combustibles fósiles la conciencia de la sociedad de la necesidad de investigar en renovables aumentará. Estamos viviendo una revolución energética (igualmente como vivimos revoluciones políticas, sociales y comunicativas) que nos llevará hacia una democratización de la energía, similar a lo que sucede en Internet donde todos pueden subir contenidos y descargárselos. El futuro de la energía puede ser que cada familia pueda consumir energía y generarla (vía placas solares que recogen luz del sol) y esta energía se almacene. ¡Y eso el hidrógeno nos lo permite! La electricidad es difícil de acumular, mientras que el hidrógeno, al ser un compuesto químico, se puede almacenar todo el tiempo que queramos. Pienso que el binomio electricidad-hidrógeno (el hidrógeno hace electricidad a partir de la pila de combustible ) será un elemento que nos permitirá gestionar y distribuir mejor la energía. Es un sistema híbrido versátil y adaptable.
¿Hacia dónde avanzan las nuevas técnicas de investigación con hidrógeno?
Este método de generación de hidrógeno es un paso intermedio en el camino de la generación de hidrógeno a partir de agua, en lugar de utilizar bioetanol . El objetivo es conseguir producir hidrógeno a partir de agua, con luz solar y un catalizador, generando un ciclo cerrado: de esta manera usaríamos este hidrógeno a través de una pila de combustible que combinado con el oxígeno del aire generaría electricidad, por un lado, y agua por otro. De todos modos, haber conseguido la generación de hidrógeno con bioetanol es un primer paso. Todavía nos queda mucha investigación por hacer.
¿Existen convenios con empresas para implementar este nuevo método para producir hidrógeno?
Sí, desde la UPC creemos mucho en la transferencia tecnológica a las empresas y aunque en las empresas les cuesta entrar en este campo, ya hace un par de años que tenemos un convenio con la empresa Digema SL, para la producción de hidrógeno a partir de etanol. Ahora mismo acabamos de firmar un convenio con Técnicas Reunidas S.A. en el marco de un proyecto concedido por el CDTI (Ministerio de Ciencia e Innovación).
En el ámbito catalán, estamos trabajando con la empresa catalana Drassanes Dalmau y el proyecto es crear un catamarán eléctrico para llevar 150 personas por el mar, se trata del catamarán más grande de Europa: un vehículo híbrido-eléctrico, que lleva incorporadas placas solares, aerogeneradores y pilas de combustible de hidrógeno con baterías. Cuando se pone en marcha, cada sistema va almacenando la energía y cargando las baterías que hacen funcionar el vehículo.
Otro proyecto que hemos hecho gracias a una ayuda VALTEC de valorización tecnológica de ACC1Ó (Generalitat de Catalunya) consiste en un Reformador de membrana: un dispositivo que funciona con un depósito donde se vierte etanol y se genera una corriente de hidrógeno puro apto para uso energético.
ás información:
– El hidrógeno y Nuestro futuro energético, JORDI LLORCA. Ediciones UPC, 2010.
