Un nuevo método aprovecha el calor residual industrial para producir hidrógeno de forma más eficiente

Investigadores de la Universidad de Birmingham desarrollan un catalizador capaz de generar hidrógeno a temperaturas significativamente más bajas, abriendo nuevas oportunidades para valorizar el calor residual de industrias como el acero, el cemento o el vidrio.

Un equipo de investigadores de la Universidad de Birmingham, en Reino Unido, ha desarrollado una nueva tecnología para producir hidrógeno mediante la descomposición termoquímica del agua a temperaturas considerablemente inferiores a las requeridas por los sistemas actuales. El avance podría facilitar el aprovechamiento de calor residual procedente de procesos industriales y contribuir a reducir los costes asociados a la producción de este vector energético.

Los resultados, publicados en la revista científica International Journal of Hydrogen Energy, muestran que un nuevo catalizador basado en perovskitas permite obtener hidrógeno a temperaturas de entre 150 y 500 ºC, muy por debajo de las necesarias en los procesos termoquímicos convencionales.

La producción de hidrógeno mediante separación termoquímica del agua se considera una alternativa prometedora a los métodos tradicionales basados en combustibles fósiles. Sin embargo, uno de sus principales obstáculos ha sido la elevada temperatura requerida para completar el proceso.

En los sistemas actuales, la producción de hidrógeno suele producirse entre 700 y 1.000 ºC, mientras que la regeneración del material catalizador puede exigir temperaturas de hasta 1.500 ºC. El nuevo desarrollo reduce significativamente estos requisitos térmicos, permitiendo regenerar el catalizador a temperaturas comprendidas entre 700 y 1.000 ºC.

Según los investigadores, esta reducción podría facilitar la integración de la tecnología en instalaciones industriales con grandes cantidades de calor residual disponible, un recurso energético que en muchos casos se desaprovecha.

«La menor temperatura global del proceso podría permitir producir hidrógeno cerca de instalaciones de energías renovables o de sectores industriales como el acero, el cemento, el vidrio o la industria química, donde existe una gran disponibilidad de calor residual que puede aprovecharse como fuente energética», explica Yulong Ding, profesor de Ingeniería Química de la Universidad de Birmingham y responsable de la investigación.

Potencial para la valorización energética en la industria

La posibilidad de utilizar calor residual como fuente de energía resulta especialmente relevante para industrias intensivas en consumo energético. Desde la perspectiva de la economía circular, esta estrategia permitiría valorizar flujos energéticos actualmente infrautilizados y mejorar la eficiencia global de los procesos productivos.

Además, los investigadores señalan que la producción descentralizada de hidrógeno podría reducir la necesidad de grandes infraestructuras de transporte y almacenamiento, uno de los principales desafíos para la expansión de esta fuente energética.

El avance se sustenta en el uso de una familia de materiales conocidos como perovskitas, capaces de absorber y liberar oxígeno dentro de su estructura cristalina. El equipo se centró en una variante denominada BNCF, compuesta por bario, niobio, calcio y hierro.

Según el estudio, estos materiales presentan varias ventajas frente a otros catalizadores avanzados: están formados por elementos relativamente abundantes, no requieren procesos complejos de fabricación y no contienen componentes tóxicos.

Durante las pruebas, una de las formulaciones desarrolladas, denominada BNCF100, mantuvo su capacidad de producción de hidrógeno durante diez ciclos consecutivos de operación sin mostrar alteraciones estructurales significativas, lo que apunta a una elevada estabilidad del material.

Competencia con el hidrógeno verde y azul

El equipo investigador también realizó una evaluación preliminar de viabilidad económica. Los resultados sugieren que esta tecnología podría producir hidrógeno a costes inferiores a los asociados tanto al hidrógeno verde obtenido mediante electrólisis como al hidrógeno azul producido a partir de gas natural con captura y almacenamiento de carbono.

Las ventajas económicas serían especialmente relevantes en regiones con abundancia de energía renovable de bajo coste y con una importante presencia industrial capaz de suministrar calor residual.

Actualmente, cerca del 95% del hidrógeno que se produce en el mundo sigue obteniéndose a partir de combustibles fósiles. Por ello, el desarrollo de alternativas capaces de reducir costes y aprovechar recursos energéticos desaprovechados se considera una de las claves para acelerar la descarbonización de sectores industriales difíciles de electrificar.

«Nuestro trabajo ha demostrado la capacidad de un nuevo catalizador para producir cantidades significativas de hidrógeno a temperaturas relativamente bajas y, además, los análisis preliminares indican que puede ser una alternativa competitiva frente a las rutas convencionales de producción», señala Ding.

La Universidad de Birmingham ha iniciado ya los trámites para proteger la tecnología mediante patente y trabaja en su futura transferencia industrial en Reino Unido y Europa.