El hidrógeno verde es una de las energías del futuro, una en la que España tiene puesta grandes esperanzas de inversión y desarrollo en el futuro. Pero, como todas, tiene sus desventajas. Entre otras, el coste y la escasez de algunos materiales raros necesarios para obtenerlo, como el titanio o el iridio.

Ahora un equipo conjunto del Instituto de Catálisis y Petroleoquímica (ICP) y el Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM), ambos del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), ha desarrollado un método para reducir hasta 10 veces la cantidad necesaria de iridio para obtener esta energía, un paso de gigante para que el hidrógeno sea verdaderamente renovable y sostenible.

Se trata de un paso que se comprende mejor si se tiene en cuenta que la recurrente polémica en torno a la parte 'verde' del hidrógeno. Este solo se puede considerar como tal cuando se obtiene a partir de agua y generando la energía necesaria para la electrólisis (romper la molécula de H₂O obteniendo el hidrógeno, por un lado, y el oxígeno, por el otro) con energías renovables. La solar es, por el momento, la más eficiente en este sentido.

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Esto tiene la ventaja añadida de que la energía eléctrica se acumula en forma de energía química en la molécula de hidrógeno, de manera que este se puede considerar un acumulador de energía eléctrica. Así, permite acumular electricidad renovable que sobre o transportarla en forma de hidrógeno.

El problema, como recuerda el propio CSIC, es que la mayoría del hidrógeno que se obtiene actualmente sigue procediendo de combustibles fósiles. Y es que, hasta ahora, es la forma más eficiente y económica de generarlo. Esto supone unos 900 millones de toneladas de CO₂ en emisiones en todo el mundo, según datos de la Agencia Internacional de la Energía.

Los profesores Sergio Rojas y Maria Retuerto, del ICP, y José Antonio Alonso, del ICMM, atienden a las preguntas de ENCLAVE ODS vía correo electrónico. Explican que para que el proceso anterior sea realmente limpio y neutro en carbono, este requiere de unos electrolizadores altamente eficientes –los llamados PEM (Proton Exchange Membrane, por sus siglas en inglés)–, muy caros por los materiales que usan. Por una parte, necesitan titanio para las placas y capas de transporte. Por otro, iridio en los cátodos de sus catalizadores.

“Ambos son metales nobles, pero la cantidad de titanio que se usa en los electrolizadores PEM es un orden de magnitud menor que la cantidad de iridio”, explican los investigadores. Y añaden: “El iridio es un elemento carísimo, muy escaso y mal distribuido. Actualmente, una onza troy (la unidad de medida usada en metales preciosos, que equivale a 32,15 gramos) cuesta 4.600 dólares, de acuerdo con Johnson Matthey, empresa líder en el sector”. Es decir, “no podríamos fabricar todos los electrolizadores que está previsto que necesitamos con el iridio que existe en la tierra”.

El trabajo de los investigadores ha consistido en desarrollar catalizadores para la electrólisis de hidrógeno verde basados en óxidos mixtos, que mezclen el iridio con otros materiales sin perjudicar sus propiedades. “Con uno de estos óxidos mixtos hemos conseguido un catalizador que tiene el mismo rendimiento y durabilidad similar a los óxidos de iridio comerciales actuales”, pero “con 10 veces menos iridio en el electrodo”. Han pasado de 2 miligramos por centímetro cuadrado a 0,2, lo cual reduce enormemente el coste.

Algo que abre la puerta su escalabilidad para la producción a mayor nivel para su aplicación industrial, el objetivo final de todo esto. Un hidrógeno verde producido en masa con aplicaciones en el sector química, en el energético –tanto como energía final, con los hipotéticos motores de H2, como en el transporte de la misma– o en el industrial –por ejemplo, sustituyendo a otros procesos en la producción de acero eliminando emisiones de CO₂–.

Esa futura capacidad masiva de producción, que se contaría en toneladas, de momento es compleja, porque el nuevo compuesto de los investigadores del CSIC necesita un horno con 200 bares de presión de oxígeno, una máquina rara ubicada en el ICMM y que usa el profesor Alonso.

Pero los investigadores son optimistas: "Estos materiales de iridio parten de un compuesto cuya superficie se modifica en la reacción; lo que estamos viendo ahora es que a lo mejor no necesitamos tener exactamente ese compuesto de partida. Podemos tener algo muy similar y al final la reestructuración de la superficie nos da una actividad catalítica igual". De momento, ya hay alguna empresa interesada en estudiar a fondo esta posibilidad.

El origen del trabajo conjunto de los investigadores del ICP y el ICMM está en sus áreas de acción previas. En el equipo del profesor Sergio Rojas, en el primer centro, trabajan en la eliminación de metales nobles (los que no sufren oxidación o corrosión) de los catalizadores en procesos electroquímicos como el de la producción del hidrógeno verde.

En este grupo trabaja la doctora María Retuerto, que realizó su tesis doctoral en el equipo del profesor José Antonio Alonso, quien estudia los usos fundamentales de materiales en electrólisis o pilas de combustible.

La investigación de estos expertos no se detiene aquí. Además de trabajar en que el proceso que han diseñado se vuelva escalable a nivel industrial, para que tenga un impacto real en la producción de hidrógeno verde, también buscan diseñar catalizadores en los que se elimine completamente el iridio. “Este sería un avance todavía mayor para la tecnología si se consigue encontrar materiales que compitan tanto en estabilidad como en actividad catalítica”, aseguran. 

La idea sería sustituir el iridio por, por ejemplo, el rutenio, otro material escaso pero mucho más barato que los actuales, que tiene de momento el problema de ser menos duradero. Aunque el objetivo final, apuntan, es diseñar “catalizadores sin metales nobles”, terreno en el que de momento no hay nada seguro, pero en el que están obteniendo “actividades muy prometedoras”.