Revista Energética. Enero-febrero 2025

El camino hacia el hidrógeno verde: electrólisis y materias primas críticas Hasta hace pocos años, el hidrógeno representaba menos del 2% del consumo energético en Europa y se usaba principalmente para fabricar productos químicos como plásticos y fertilizantes. Sin embargo, con su creciente aplicación como combustible limpio, su consumo y producción han aumentado. DR. ALIONA NICOLENCO Y DR. FRANCISCO ALCAIDE CIDETEC SURFACE ENGINEERING A un así, más del 90% del hidrógeno sigue dependiendo de combusti- bles fósiles, especialmente del gas natural, lo que genera altas emisiones de carbono. La Unión Europea se ha fijado el ambicioso objetivo de alcanzar la neutralidad de carbo- no en 2050, para lo cual ha apostado por el hidrógeno verde producido mediante elec- trólisis del agua con energías renovables. Aunque esta meta es clara, el camino pre- senta grandes desafíos, ya que el hidrógeno verde es mucho más costoso que las opcio- nes basadas en combustibles fósiles, princi- palmente por el elevado precio y la disponi- bilidad limitada de materias primas críticas (CRMs, critical raw materials) utilizadas en los electrolizadores. Para superar estos obs- táculos, es necesario rediseñar la tecnología, las cadenas de suministro y los métodos de producción. Entre las diversas tecnologías de electró- lisis del agua, los electrolizadores de mem- brana de intercambio protónico (PEMEL, por sus siglas en inglés) pueden combinarse fácilmente con energía solar y eólica, contri- buyendo así a la sostenibilidad. El corazón del electrolizador PEMEL lo constituye el en- samblaje membrana-electrodos (MEA), una estructura sofisticada en la que un cátodo recubierto de platino produce hidrógeno y un ánodo basado en iridio produce oxígeno, separados por una membrana polimérica conductora de protones. Las placas bipo- lares, generalmente de titanio y recubiertas con metales preciosos para resistir la corro- sión, completan la celda sencilla. Sin embar- go, estos materiales (platino, iridio y titanio) son escasos, costosos y están concentrados geopolíticamente. Así, por ejemplo, más del 70% del platino procede de Sudáfrica, lo que crea una cadena de suministro vulnerable. Las implicaciones económicas son significa- tivas: los electrocatalizadores y los compo- nentes de las placas bipolares representan más del 60% del coste total de un apilamien- to o stack de un electrolizador PEMEL. Dado que el hidrógeno verde es entre dos y tres veces más caro que el hidrógeno ob- tenido de combustibles fósiles (o hidrógeno gris), reducir la dependencia de estos ma- teriales no es solo un desafío técnico, sino una necesidad económica. Es por eso por lo que la búsqueda de alternativas a las CRMs se ha convertido en una prioridad entre la comunidad científica y tecnológica. Así, los investigadores están desarrollando catali- zadores exentos de platino, tales como el MnO₂, o aleaciones y nanostructuras de tipo „núcleo-caparazón“, que reducen el uso de material sin sacrificar el rendimiento del cátodo. Los primeros prototipos muestran resultados prometedores, aunque la durabi- lidad sigue siendo un desafío. En cambio, el ánodo presenta un reto aún mayor, ya que el óxido de iridio tiene una estabilidad única en condiciones altamente oxidantes, lo que, de momento, lo hace irremplazable en sistemas comerciales. Con respecto a las placas bipo- lares de titanio, otro factor de coste, éstas están siendo reemplazadas por acero inoxi- dable recubierto con distintos materiales, tales como los nitruros de titanio, los cuales ofrecen resistencia a la corrosión a una frac- ción del coste de las capas tradicionales de metales preciosos. No obstante, los avances en materiales por sí solos no serían suficientes para garantizar una producción asequible de hidrógeno ver- de. A pesar de la gran cantidad de artículos científicos que informan sobre nuevos ma- teriales con propiedades mejoradas, con frecuencia éstos no son adecuados para una producción a gran escala, por lo que conver- tir innovaciones a escala de laboratorio en sistemas de producción masiva exige replan- tear los procesos de fabricación. En CIDETEC Surface Engineering, institu- to de referencia europeo en ingeniería de superficies, se está liderando una iniciativa europea centrada en el desarrollo de elec- trodos exentos de CRMs para electrolizado- res de baja temperatura, en la que hemos lo- grado trasladar la producción de electrodos catalizados mediante técnicas avanzadas de electrodeposición, método preciso y contro- lable a través de la aplicación de un poten- cial o corriente eléctrica, del laboratorio a una línea de producción piloto. Esta tecnología, que ha sido recientemen- te protegida bajo patente (EP23383374.8), ha permitido superar la brecha entre inves- tigación básica e implementación tecnoló- gica, asegurando que los procesos a escala piloto reflejan las eficiencias obtenidas en el laboratorio, lo que, sin lugar a duda, resulta de vital importancia de cara a una ulterior implementación comercial de estas tecnolo- gías por las empresas del sector ◉ Electrodo desarrollado en CIDETEC Surface Enginee- ring para la generación de H2. hidrógeno verde 48 ENERGÉTICA XXI · 243 · ENE/FEB 25