El Grupo de Ingeniería Química y Ambiental (GIQA) de la Universidad Rey Juan Carlos (URJC) está trabajando en la obtención de hidrógeno verde mediante ciclos termoquímicos activados con energía solar. En concreto, desarrolla materiales que permitan trabajar a temperaturas compatibles con las centrales solares térmicas actualmente en funcionamiento, lo que asegura la compatibilidad con las instalaciones en cuanto a requerimientos de resistencia a los choques térmicos, además de reducir los costes asociados al proceso.
El hidrógeno verde puede obtenerse mediante diversos procesos, como la energía solar térmica. En esta última alternativa, un material sólido es capaz de reducirse a alta temperatura -liberando oxígeno- y reoxidarse al ponerse en contacto con vapor de agua, recuperando su estructura inicial y produciendo hidrógeno.
Este proceso presenta la ventaja de obtener hidrógeno y oxígeno de forma separada, utilizando únicamente agua como materia prima sostenible. Sin embargo, su principal problema es que requiere condiciones muy exigentes de operación en cuanto a su temperatura (usualmente por encima de 1.000-1.200 ◦C). En la actualidad, se están explorando y desarrollando nuevos materiales capaces de reducirse en la primera etapa del proceso a temperaturas inferiores a 1.000 ◦C, manteniendo una considerable producción de hidrógeno, de una manera estable y sostenida durante un gran número de ciclos termoquímicos consecutivos de reducción y oxidación.
Investigación de la URJC
En esta línea, el Grupo de Ingeniería Química y Ambiental de la URJC ha conseguido preparar unos materiales activos para la producción de hidrógeno verde mediante ciclos termoquímicos a una temperatura notablemente inferior a la que se suele utilizar, llegando a bajar hasta 800 ◦C los requerimientos térmicos del proceso. Esto supone un incremento en la eficiencia y ventajas a la hora de plantear la implementación de estos procesos a escala industrial, dado que estas temperaturas de operación son compatibles con las que pueden alcanzarse en instalaciones actualmente en funcionamiento de energía solar térmica de concentración.
Según los investigadores de la URJC, este sistema implica menores pérdidas por radiación y mejor absorción de la radiación solar, además de lograr disminuir los requerimientos técnicos de los materiales de construcción del reactor, lo que se traduce en una reducción de costes.
Preparación de materiales tipo perovskita
Los resultados, publicados recientemente en la revista científica Catalysis Today, se han obtenido a partir de la preparación de materiales tipo perovskita, que se caracterizan por su buena facilidad para reducirse y oxidarse (propiedades redox), consiguiendo disminuir notablemente las altas temperaturas de operación en la obtención del hidrógeno verde termoquímico.
Los materiales estudiados se basan en óxidos metálicos con estructura perovskita tipo ABO3. Se han conseguido perovskitas con elevada capacidad de reducción y oxidación a baja temperatura, desde el punto de vista de la energía solar de concentración, con producciones estables de hidrógeno y sin daños aparentes o pérdida de actividad durante ciclos consecutivos. Según los investigadores, esto confirma que las perovskitas son materiales muy interesantes para la producción de hidrógeno a gran escala a partir de la disociación del agua mediante ciclos termoquímicos impulsados por energía solar a bajas temperaturas. Asimismo, este proceso abre nuevas posibilidades para la disminución de las emisiones de CO2.
La investigación ha sido llevada a cabo gracias a la financiación de la Unión Europea y de la Comunidad de Madrid en el marco del Convenio Plurianual con la Universidad Rey Juan Carlos en la línea de actuación 1, Programa de ‘Estímulo a la investigación de jóvenes doctores’ (ACES 2030 (S2018/EMT-4319) y M2174 SolToComb).