La diferenciación tecnológica como baza estratégica de SENER - Junio 2014 - No.47 /Al día

Hidrógeno producido a partir de agua con energías renovables

Descomposición del agua con fotoelectrólisis.

Descomposición del agua con fotoelectrólisis.

El agua es uno de los recursos naturales más abundantes a disposición del ser humano. Su descomposición da lugar al hidrógeno, un combustible limpio (que en su combustión no genera CO2), renovable, de origen no fósil prácticamente inagotable, transportable por gasoducto y almacenable en determinadas condiciones.

Sin embargo, el agua es una molécula muy estable y su descomposición, que se produce por encima de 2.000 oC, requiere gran cantidad de energía. Por ello, el esfuerzo de científicos y técnicos a lo largo de mucho tiempo se ha centrado en superar los dos principales obstáculos en la producción de hidrógeno a partir de agua: vencer la resistencia a su descomposición y conseguir la energía primaria de una fuente abundante renovable y no fósil.

Con este fin se está utilizando la electrólisis, un método que rompe la molécula de agua en hidrógeno y oxígeno y que consiste en circular a través de agua (que contiene sustancias -electrolitos- que aumentan su carácter conductor) una corriente eléctrica. La electrólisis está siendo ya aplicada en instalaciones prototipo para producción de H2 a partir de agua, utilizando electricidad excedente de centrales eólicas o fotovoltaicas, en especial en periodos de bajo consumo. Así ocurre en instalaciones tan emblemáticas como la del aeropuerto de Berlín, que utiliza el excedente de una central eólica.

La descomposición fotoelectro- química del agua, en la que al menos uno de los electrodos, en este caso de naturaleza semiconductora, está iluminado, de forma que los fotones aportan la energía necesaria para la reacción de descomposición del agua, se encuentra todavía en fase de desarrollo científico y tecnológico. En esta misma línea, nuevos materiales, tales como el grafeno dopado con materiales semiconductores o metales en forma nanométrica que también se comportan como semiconductores, están siendo investigados como catalizadores de la acción fotónica en la descomposición del agua. Asimismo, se investigan procesos basados en la fotosíntesis que realizan las plantas, que utilizan iluminación solar y microalgas modificadas por ingeniería genética o ciclos catalíticos de moléculas organometálicas.

También está siendo estudiada la energía solar térmica como fuente de energía para la descomposición del agua a través de ciclos químicos. En esta línea se investiga, por ejemplo, la reacción del agua con cinc o con ferritas metálicas. Estas reacciones se llevan a cabo en sistemas de energía solar térmica de tipo torre central con receptores volumétricos a temperaturas entre 800 oC y 2.000 oC. La complejidad de trabajar con receptores volumétricos a tan altas temperaturas está dificultando, de momento, el desarrollo de estas tecnologías.

No resulta fácil predecir cuándo la descomposición del agua con energías renovables superará su desarrollo tecnológico y el hidrógeno así obtenido reducirá sus costes para competir con las energías fósiles. Sin embargo, esta posibilidad está haciendo que sectores de transporte, producción y consumo de energía se preparen para el futuro. Así, la inyección directa de hidrógeno (H2) en gasoductos o bien la experiencia industrial en la reacción de metanación que permite convertir el H2 en metano, recuperando el CO2 de la combustión de los combustibles fósiles, facilitan su transporte; y la generación eléctrica en ciclo combinado utilizando H2 como combustible es ya una realidad demostrada a escala industrial en la planta de Fusina (Venecia), en tanto que las pilas de hidrógeno, que generan energía eléctrica distribuida, son también una realidad comercial.

Galería

Ciclo electrocatalítico para la descomposición del agua. Experimentación de ciclo térmico con ferritas en la PSA en Almería (España).

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