Un equipo de la Universidad de Castilla-La Mancha ha mejorado la producción de hidrógeno verde gracias al azufre y a nuevos elctrolizadores con unas membranas especiales, en un sistema alternativo para generar este vector energético basado en el ciclo Westinghouse, que además permite aprovechar la energía excedente de las centrales solares fotovoltaicas y térmicas.
El denominado ciclo híbrido del azufre o ciclo de Westinghouse fue desarrollado por esta compañía estadounidense en la década de 1970, y tiene al azufre como uno de sus actores principales. Este proceso termoquímico se aplica para la producción de hidrógeno, como una de las vías para la obtención de este vector energético, llamado a ser protagonista en las próximas décadas, como un sustituto a los combustibles fósiles. Este sistema ha sido estudiado por un equipo de investigación de la Universidad de Castilla-La Mancha, que ha logrado mejorarlo y conseguir un hidrógeno de más calidad.
Cuál es la ventaja de producir hidrógeno con azufre
La ventaja de esta fórmula para producir hidrógeno reside en su gran eficiencia y alta producción de hidrógeno, ya que no se necesita tanta energía en el proceso de electrolisis, mediante el que se descompone el agua en oxígeno e hidrógeno, y se consigue separar el gas clave en esta nueva revolución energética.
Si ya de por sí, el ciclo Westinghouse es interesante, todavía resulta más competitivo, después de los logros que ha alcanzado el grupo de investigación Laboratorio de Ingeniería Electroquímica y Ambiental del Grupo de investigación TEQUIMA del Departamento de Ingeniería Química de la Universidad de Castilla-La Mancha, en el marco del proyecto Almacenamiento Sostenible de Energía mediante el Proceso Híbrido de Azufre Mejorado con membranas de Polibenzimidazol (ASEPHAM).
En este proyecto, coordinado por los profesores Justo Lobato y Manuel Rodrigo, se ha conseguido un proceso para la producción de hidrógeno para el que se necesitan diez veces menos de la energía empleada en los métodos convencionales. Además, en este ciclo se aprovecha el excedente energético de plantas solares fotovoltaicas y térmicas, lo que hace realmente interesante y le aporta el carácter ‘verde’ a esta fórmula para la obtención del hidrógeno.
Cómo se produce el hidrógeno con el uso del azufre
“En este proceso termoquímico, en vez de romper la molécula del agua descomponerla en oxígeno e hidrógeno, se da una vuelta alternativa”, explica Justo Lobato. Se introduce junto al agua dióxido de azufre y en la electrolisis se produce además de hidrógeno, ácido sulfúrico, y requiere menos energía que si se hiciera la electrolisis solamente del agua. Así, se identifican dos etapas principales en el ciclo: la primera es la descomposición térmica del ácido sulfúrico en dióxido de azufre y oxígeno; y la segunda etapa es la electrolisis del agua con el dióxido de azufre, anteriormente formado, para regenerar de nuevo ácido sulfúrico, a la vez que se produce hidrógeno.
El reto de este proyecto ha sido desarrollar la etapa de electrolisis a una mayor temperatura (en el rango de 100-200 grados) que la estudiada hasta entonces, con el objetivo de aumentar la eficiencia global del proceso.
A qué se debe la mejora en la obtención de hidrógeno
El éxito y mejora de este ciclo, que ya era conocido, se debe al empleo de membranas poliméricas basadas en polibenzimidazol (PBI) en el que el equipo de investigación tiene una experiencia de más de veinte años. Así, se ha desarrollado membranas mejoradas con dos tipos diferentes de materiales de relleno: óxido de grafeno y óxido de titanio. Las membranas PBI (polibencimidazol) de nueva generación pueden ser utilizadas tanto en el electrolizador como en celdas de combustible, que usaran el hidrógeno producido previamente en el electrolizador.
Estas membranas PBI han resultado fundamentales en el éxito de los ensayos de este sistema para la producción de hidrógeno mediante el ciclo híbrido del azufre, que se ha llevado a cabo en ensayos a pequeña escala, en los laboratorios del Departamento de Ingeniería Química, en Ciudad Real.
Qué se logra con las membranas PBI
Básicamente, gracias a estas membranas de nueva generación, enriquecidas con óxido de grafeno o con óxido de titanio, se ha logrado separar los procesos que se dan en el ánodo y en el cátodo, es decir, en los polos positivo y negativo del electrolizador, y de esa manera evitan que el dióxido de azufre contamine la corriente de hidrógeno producida.
Dentro del marco de este proyecto, también se ha logrado una importante reducción del contenido del catalizador a base de platino, un metal precioso y muy caro, con lo que se abarata el coste del sistema. Y, al estar diseñado bajo la óptica de la economía circular, se ha recuperado el catalizador de platino de los electrolizadores, se ha vuelto a sintetizar de nuevo catalizadores con el metal recuperado y se han testado de nuevo para su aplicación inicial con muy buenos resultados, explica Justo Lobato.
Por otro lado, este proceso estudiado en el marco de este proyecto para la obtención de hidrógeno permite aprovechar corrientes residuales ricas en dióxido de azufre, de diferentes industrias como podrían ser la petroquímica o la fabricación de ácido sulfúrico, cuyo tratamiento es todavía una asignatura pendiente, para producir ácido sulfúrico e hidrógeno verdes utilizando simplemente paneles solares fotovoltaicos mediante una única etapa de electrolisis.
Actualmente, el Laboratorio de Ingeniería Electroquímica y Ambiental está trabajando en otro proyecto disruptivo, con el que esperan reducir las emisiones contaminantes de camiones diésel, en el marco del proyecto SETEDEN2Diesel, mediante la tecnología electroquímica EDEN, registrada por este grupo. Dicha tecnología se basa en un proceso electroquímico que permitiría el almacenamiento de energía renovable en forma de hidrógeno a la vez que se puede fijar el CO2 de corrientes gaseosas.
Se trata de una línea bastante novedosa y que, los resultados obtenidos hasta ahora son muy esperanzadores, y permitiría que esta tecnología EDEN se pudiera incorporar como una solución para la reducir la huella de carbono del transporte pesado por carretera.
Estos dos proyectos de investigación van en la misma línea, la de reducir las emisiones de dióxido de carbono, con soluciones innovadoras que, en este caso, nacen desde la Ingeniería Química. Y profundizan en lo que ya está más que comprobado con estudios científicos, que solamente con fuentes energéticas limpias y menos emisiones se puede detener la emergencia climática. p
