Diseñan un nuevo material cerámico para la separación y obtención de hidrógeno
Investigadores del Instituto de Tecnología Química (ITQ), centro mixto de la Universitat Politècnica de València y el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), han diseñado un nuevo material –membranas- cerámico para la separación y obtención de hidrógeno de alta pureza. Su trabajo ha sido publicado en la revista Scientific Reports, del grupo Nature y abre una vía de gran interés para el almacenamiento de este combustible, el más limpio y de mayor potencial en el sector energético mundial. Junto a los investigadores del ITQ ha participado también en el estudio el Centro de investigación de Jülich, en Alemania.
Algunas de las principales aplicaciones del hidrógeno son en celdas de combustible o en centrales térmicas de generación de energía, donde los únicos residuos son H2O y CO2, lo que permite la captura directa de este último. Otras aplicaciones se basan en la extracción de H2 puro de mezclas gaseosas para su reacción directa en diversos procesos químicos o simplemente para su almacenamiento.
Según apunta María Balaguer, investigadora del Instituto de Tecnología Química, en las últimas décadas ha aumentado el interés en las tecnologías del hidrógeno aplicadas al transporte. La actividad industrial en este campo se enfoca principalmente a la producción de energía eléctrica o al desarrollo de vehículos impulsados por hidrógeno mediante celdas de combustible. Por ejemplo Coorstek Membrane Sciences en EEUU y Noruega, Rolls-Royce Fuel Cell Systems en EEUU y Reino Unido, Toyota y Honda en Japón o Doosan en Corea están desarrollando estas tecnologías.
A escala industrial, la mayoría del hidrógeno se produce actualmente mediante el reformado con vapor de gas natural, llevado a cabo en grandes reactores multi-tubulares de lecho fijo. El alto número de etapas del proceso disminuye la eficiencia del sistema y hace el escalado ineficiente económicamente. Entre las diferentes tecnologías relacionadas con la producción, separación y purificación de H2, el uso de membranas aparece como una alternativa prometedora para la sustitución de estos sistemas convencionales de alto consumo energético.
Actualmente, los materiales de media-alta temperatura para la separación de H2 están basados en aleaciones de paladio. Sin embargo, además del alto coste, el metal no es estable a largo plazo. Una alternativa a los metales son los óxidos cerámicos complejos. Tienen la ventaja de ser 100% selectivos al H2. “Estas cerámicas son capaces de transportar protones operando a temperaturas entre 600 y 750 ºC, por lo que pueden ser integradas en plantas térmicas de generación de energía o en procesos químicos industriales, donde permiten la captura de CO2 para su posterior utilización o almacenamiento”, apunta María Balaguer.
Hasta la fecha, las membranas existentes o bien no eran estables en las condiciones de operación o el rendimiento de la separación de hidrógeno era demasiado bajo para introducirlas en procesos industriales.
La combinación de materiales propuesta por los investigadores del FZJ y el ITQ significa un paso adelante en este sector. “Podría resolver las actuales dificultades para hacer viable el uso de estas membranas densas en procesos industriales y de generación de energía”, concluye María Balaguer.
Referencia:
M.E. Ivanova, S. Escolástico, M. Balaguer, J. Palisaitis, Y-J. Sohn, W.A. Meulenberg, O. Guillon, J. Mayer, J.M. Serra, Hydrogen separation through tailored BaCe1-xEuxO3-δ:Ce1-yYyO2-δ (x,y=0-0.2) dual phase membranes at intermediate temperatures, Sci. Rep. (2016), 34773-34787