Un equipo de investigadores de Repsol y Enagás ha logrado desarrollar una tecnología para la producción de hidrógeno renovable a partir del uso directo de energía solar, en un proceso conocido como fotoelectrocatálisis. Este proyecto es un desarrollo de I+D 100% español realizado en colaboración con varios centros de investigación en hidrógeno. El próximo paso será la construcción de una planta de demostración en el complejo industrial que Repsol tiene en Puertollano, con el horizonte de alcanzar la madurez comercial antes de 2030.
Ana Martínez, investigadora de Repsol Technology Lab y una de las líderes del proyecto, destaca el papel que va a tener el hidrógeno como vector energético clave en la descarbonización: “va a permitir, por un lado, almacenar las energías renovables a gran escala, y, por otro, utilizarlo como combustible en diferentes sectores, como puede ser la movilidad, en el ámbito residencial e industrial y, también, como materia prima en la industria”.
La fotoelectrocatálisis, que permite emplear solo agua y energía solar para producir hidrógeno renovable, es una de las vías tecnológicas en las que trabaja Repsol para descarbonizar la generación de este gas.
La investigación sobre la tecnología de fotoelectrocatálisis arrancó en Repsol Technology Lab en 2012 y, en 2018, Enagás se sumó al proyecto con un acuerdo que convierte a ambas compañías en copropietarias.
Fotoelectrocatálisis frente electrólisis
Esta tecnología simplifica el proceso de producción con respecto a la electrólisis, la opción más utilizada hoy en día para la generación de hidrógeno renovable y donde la energía para llevar a cabo el proceso procede del sol o del viento.
Esa electricidad renovable generada en la electrólisis es transportada a un electrolizador donde se separa la molécula del agua en hidrógeno y oxígeno. La fotoelectrocatálisis, sin embargo, integra el proceso en un solo paso: el dispositivo recibe directamente la radiación solar y, con un material fotoactivo, se generan las cargas eléctricas que provocan esa separación.
Con esta alternativa se evitan las pérdidas asociadas al transporte y la transformación de la electricidad, lo que hace que la tecnología de fotoelectrocatálisis mejore la eficiencia del proceso de conversión de energía solar a hidrógeno con respecto a la electrólisis. Esta simplificación en infraestructura y equipos reducirá, además, las inversiones en esta tecnología, que también tiene la gran ventaja de no depender del precio de la electricidad.
Colaboración público-privada en I+D
La hoja de ruta del proyecto está concebida para que, en 2030, el gas generado por esta vía pueda competir en costes tanto con el producido por procesos convencionales a partir de gas natural, como con el obtenido por electrólisis.
La participación de Enagás es clave para la integración e implementación del hidrógeno renovable en el sistema energético. Este hidrógeno podrá ser transportado por la red existente para su distribución a los diferentes puntos de consumo, pudiendo de esta manera emplearse la infraestructura actual como almacenamiento energético de la generación eléctrica renovable.
Además de una cooperación muy estrecha entre los equipos de Repsol y Enagás, también ha sido fundamental el grupo de trabajo formado con organismos especializados en tecnología, como ejemplo de colaboración público-privada en I+D.
El Instituto de Investigación en Energía de Cataluña, el Instituto de Electroquímica de la Universidad de Alicante, la Fundación del Hidrógeno de Aragón y la empresa de ingeniería Magrana están involucrados en este proyecto, de manera que la iniciativa se ha sacado adelante con centros nacionales.
La investigación ha ido creciendo desde la primera prueba de concepto de la celda fotoelectroquímica, de no más de un 1 cm2, hasta la entrada en operación en noviembre de 2020 de la planta piloto, hoy instalada en Repsol Technology Lab.
Hoja de ruta para alcanzar la madurez
El plan para alcanzar la madurez industrial y económica de esta tecnología tiene definidas dos etapas de escalado adicionales: una planta demo que se pondrá en marcha en 2024 en Puertollano, con una extensión cercana a media hectárea y con una producción de 100 kg/día de hidrógeno renovable. Y una última fase, prevista para 2028, con la instalación, también en Puertollano, de una planta, ya en fase industrial, de unas 60 hectáreas y con una producción que llegue a las 10 t/día.
Ambas compañías están incorporando el hidrógeno renovable a sus respectivos negocios. En Repsol tendrá aplicación tanto en sus procesos industriales de refino y química, como en los negocios que están surgiendo con esta nueva ‘economía del hidrógeno, desde la movilidad, con los combustibles sintéticos o los vehículos eléctricos de pila de combustible, al sector doméstico, donde ya hay calderas disponibles para generar electricidad y calor con este gas.
Repsol y Enagás han creado una compañía conjunta en la que se pretende incorporar otros socios inversores, con el objetivo de acelerar la implementación industrial de la tecnología. La idea es atraer a empresas de ingeniería e industriales que trabajen conjuntamente con ambas compañías en el escalado e industrialización de la tecnología de fotoelectrocatálisis.
Una vez alcanzado el estado comercial, previsto para 2030, esta nueva compañía tendrá como modelo de negocio la venta de licencias de la tecnología en todo el mercado del hidrógeno.
Cuarenta patentes concedidas
Repsol y Enagás han invertido hasta el momento 8 millones de euros en el desarrollo de este proyecto y tienen la propiedad industrial de esta tecnología, lo que se ha traducido en 65 solicitudes de patentes en más de 30 países de todo el mundo, de las que ya tienen concedidas 40.
Por su parte, el programa Innovation Fund de la Comisión Europea, que concede ayudas a proyectos innovadores para descarbonizar la economía, ha anunciado que destinará financiación para impulsar esta tecnología.
El gran potencial de esta tecnología consiste en que va a permitir descarbonizar la producción de hidrógeno a escala industrial, optimizando eficiencia y costes.