El hidrógeno puede producirse por electrólisis del agua, idealmente con células solares o energía eólica que proporcionen la energía eléctrica necesaria. Se espera que este hidrógeno «verde» desempeñe un papel importante en el sistema energético del futuro. En la última década, la división solar del agua ha progresado considerablemente: los mejores electrolizadores, que obtienen la tensión necesaria de módulos fotovoltaicos o energía eólica, ya alcanzan eficiencias de hasta el 30%. Este es el enfoque indirecto.
Cómo el hidrógeno verde solar puede ayudar a descarbonizar la industria química
La forma más sencilla y eficaz de producir hidrógeno verde es mediante la electrólisis del agua: una célula electroquímica, alimentada por electricidad procedente de centrales renovables, descompone las moléculas de H2O, liberando oxígeno e hidrógeno. Sin embargo, este método no es el más sencillo. Existe otra tecnología que puede lograr el mismo resultado pero con menos pasos. Hablamos de la fotoelectrolisis, en la que células similares a las fotovoltaicas utilizan directamente la luz incidente para activar electrodos especiales sumergidos en agua y promover la misma división molecular.
Pero si hoy en día esta solución no recibe la misma atención que la electrólisis a nivel comercial, es por una razón concreta: la eficiencia de conversión es demasiado baja. Las mejores células fotoelectroquímicas no superan el 10% de rendimiento.
Y a pesar de algunas ventajas incuestionables, desde el bajo coste de los catalizadores utilizados hasta la posibilidad de utilizar el calor solar para acelerar la reacción, el coste de producir hidrógeno solar ecológico parece muy poco competitivo. Según las cifras publicadas por el Instituto HZB de Combustibles Solares, el hidrógeno producido por fotoelectrolisis del agua cuesta actualmente unos 10 dólares por kg. Esto es el doble que con los electrolizadores «clásicos» y unas seis veces más que el hidrógeno obtenido a partir de metano mediante reformado con vapor.
Una nueva vía para la fotoelectrolisis del agua
Es el Instituto HZB de Combustibles Solares el que ha encontrado una vía para hacer más competitivo el hidrógeno solar ecológico. Un equipo de científicos estudió cómo cambia el equilibrio cuando parte del H2 producido por las células fotoelectroquímicas reacciona in situ con ácido itacónico para formar ácido metilsuccínico (MSA). Este último es un valioso compuesto químico cuyos derivados se utilizan como disolventes en la síntesis de cosméticos, polímeros y productos farmacéuticos.
En primer lugar, los investigadores calcularon cuánta energía se necesita para producir la célula y cuánto tiempo debe funcionar para reproducir esta energía en forma de hidrógeno o MSA. Sólo para el hidrógeno, el «tiempo de amortización» es de unos 17 años, suponiendo una modesta eficiencia del 5%.
Si el 2% del hidrógeno verde solar se utilizara para convertir el ácido itacónico en MSA, el tiempo de amortización se reduciría a la mitad. Si el porcentaje aumentara al 30%, la energía de producción podría recuperarse al cabo de sólo dos años.
Esto hace que el proceso sea mucho más sostenible y competitivo. El sistema es flexible y también puede producir otros productos químicos valiosos.
Dr. Fatwa Abdi.
Referencias: Xinyi Zhang et al, Life cycle net energy assessment of sustainable H2 production and hydrogenation of chemicals in a coupled photoelectrochemical device, Nature Communications (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-36574-1
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