Madrid sueña con la producción 'infinita' de hidrógeno gracias a un nuevo material fotocatalizador

Se ha venido diciendo hasta la saciedad, en cada charla, en cada conferencia, en cada mesa redonda, que el hidrógeno obtenido de energías limpias es el combustible del futuro, un combustible que no pocos expertos califican como 'eterno'.

La generación de combustibles verdes es, hoy en día, un tema de investigación fundamental asociado a la creciente demanda de energía.  Los combustibles solares más empleados están basados en hidrógeno, obtenido a partir del agua y compuestos orgánicos de bajo peso molecular -como el etanol- a partir de CO2.

Ambas pueden considerarse fuentes prácticamente inagotables de portadores energéticos y han mostrado su aplicación más explotada en el campo del transporte, con coches propulsados por hidrógeno o autobuses con etanol, pero también para la obtención de calor y electricidad.

Empleando CO2 como fuente se reincide en una economía circular, donde el gas responsable del efecto invernadero, producido en la quema de combustibles fósiles, es reutilizado para convertirse en un combustible verde, lo cual presenta un enorme potencial para mitigar el problema del cambio climático.

La fotocatálisis, reacción fotoquímica que convierte la energía solar en energía química en la superficie de un catalizador, aparece como una vía prometedora para producir H2 sólo a partir del agua.

Hasta ahí la teoría. Pero ¿habría alguna manera de que el proceso de obtención pudiera ser todavía más eficiente?

A esta pregunta está empezando a poder contestar de forma afirmativa el Instituto Madrileño de Estudios Avanzados (IMDEA). Esta institución pública dependiente de la Comunidad de Madrid ha logrado sintetizar y caracterizar un nuevo material fotocatalizador capaz de producir cantidades récord de hidrógeno para la generación de combustibles solares.

Red metal-orgánica

Según explica el IMDEA en un comunicado, el material, denominado IEF-11, "es una nueva red metal-orgánica (MOF, del inglés Metal-Organic Frameworks) a base de titanio con propiedades semiconductoras cruciales para llevar a cabo la transformación energética de la forma más eficientemente posible".  

Con este material es posible producir cantidades récord de hidrógeno como combustible solar con los mayores rendimientos globales observados hasta el momento.

Las propiedades observadas lo convierten, pues, en un "candidato idóneo para la producción de hidrógeno a gran escala". Su potencial aplicación estaría destinada por ejemplo a su deposición sobre paneles solares sumergidos en tanques de agua, conectados al dispositivo de almacenamiento de hidrógeno.

La absorción del material en el rango del espectro visible de la luz solar permitiría abaratar considerablemente los costes de funcionamiento, al no ser necesario operar con vidrios de cuarzo transparentes a toda la radiación, explican desde el IMDEA. 

Teniendo asimismo en cuenta la versatilidad del diseño del material IEF-11, este podría servir como estructura modelo para el desarrollo de una serie de Ti-MOFs y para la obtención de una nueva generación de eficientes fotocatalizadores solares.

Y es que, en comparación con otros materiales similares, este no requiere de la presencia de otros catalizadores ni la adición de otros compuestos para favorecer la reacción.

10 ciclos de fotocatálisis

Otro aspecto destacable es su estabilidad térmica y reciclabilidad, ya que durante estos procesos el fotocatalizador puede verse dañado, disminuyendo la producción de hidrógeno tras varios ciclos consecutivos. Sin embargo, el IEF-11 ha mostrado ser estable hasta 300 ºC sin perder eficiencia incluso tras 10 ciclos de fotocatálisis, manteniendo su integridad y una excelente absorción de la radiación solar.  

El material se preparó calentando una mezcla de precursores dispersos en un disolvente en un reactor cerrado utilizando un método de síntesis combinatoria. Debido a su naturaleza nanométrica, sólo fue posible resolver su estructura cristalina mediante una combinación de técnicas no convencionales como la técnica de difracción de electrones tridimensional (3DED) y la difracción de rayos X en polvo.

Este hallazgo del nuevo material fotocatalizador para obtener hidrógeno a gran escala como combustible llega casi al mismo tiempo de un momento histórico en cuanto a la utilización de energía limpia en el transporte público.

La Comunidad de Madrid ha puesto en marcha el primer autobús impulsado con hidrógeno en la región, que dará servicio a la línea urbana 4 que circula por Torrejón de Ardoz.

El consejero de Transportes e Infraestructuras, David Pérez, ha realizado el primer viaje a bordo del vehículo propulsado por pila de combustible alimentada por este componente, cero emisiones, perteneciente a la empresa concesionaria del servicio Alsa. Cuenta con un piso bajo integral y accesible con espacio para una persona de movilidad reducida en silla de ruedas.

A diferencia de un vehículo de propulsión eléctrica que obtiene la energía directamente de una red de carga, este vehículo lo hace mediante una reacción química completamente limpia basada en el hidrógeno.

El nuevo autobús madrileño

Dispone de más autonomía que los eléctricos, unos 400 kilómetros como mínimo, se reposta en un tiempo aproximado de nueve minutos y posee cinco depósitos, ubicados en el techo, con una capacidad para 37 kilos.

Además, tiene la ventaja de contar con un motor completamente silencioso y materiales más ecológicos y no utiliza fluidos corrosivos, lo que supone una gran ventaja frente a las baterías. La tecnología LED está presente en el interior, exterior y emplea un sistema combinado de aire acondicionado y calefacción con convectores.

En cuanto a la seguridad, el autobús está equipado con sistemas de alerta acústica para vehículos y de detección y extinción de incendios, ayuda al arranque en pendiente, sensor de lluvia y luz automáticos, y 4 cámaras de videovigilancia.

Pérez ha destacado el compromiso que tiene la Comunidad de Madrid por la descarbonización y las energías limpias para mejorar la calidad del aire. Por este motivo, el gobierno regional apuesta por impulsar el uso de combustibles menos contaminantes y cero emisiones en toda la flota de autobuses urbanos e interurbanos, en colaboración con las empresas concesionarias que ya llevan años avanzando en esta línea.

El consejero de Transportes e Infraestructuras también ha visitado la hidrolinera instalada por la empresa Alsa en la campa de Torrejón de Ardoz, compuesta por unos 18 bloques formados por 28 botellas de 50 litros cada uno, lo que suma una capacidad total de 25.200 litros de hidrógeno en estado gaseoso.