Imagine un combustible que, en cremar-se, no emet fum ni sutge ni gasos d'efecte d'hivernacle, sinó simplement vapor d'aigua, el mateix que ix d'una tetera bollint. I que, a més, eixe combustible es poguera fabricar a partir de l'ingredient més abundant i quotidià que existix: l'aigua de l'aixeta. Sona quasi a truc de màgia, però és exactament el que promet el hidrogen: s'obté trencant molècules d'aigua (H₂O) en hidrogen i oxigen, i quan eixe hidrogen s'usa com a combustible, la reacció s'invertix i torna a convertir-se en aigua. Un cicle net i, en teoria, perfecte.
El repte no és la idea, que és senzilla i elegant, sinó aconseguir trencar eixes molècules d'aigua de manera barata, eficient i sense necessitar per a això cremar petroli o gas.
El combustible del futur que encara costa massa
L'hidrogen s'ha convertit en una peça clau de la transició energètica perquè pot emmagatzemar energia procedent de fonts renovables i utilitzar-se com a combustible en sectors difícils d'electrificar, com la indústria pesant, el transport i la producció de fertilitzants. La seua demanda no deixa de créixer: només a Espanya es consumixen ja més de mig milió de tones a l'any, una xifra que previsiblement continuarà augmentant a mesura que avança la descarbonització de l'economia.
No obstant això, existix una paradoxa. Encara que l'hidrogen pot ser un combustible net, la immensa majoria del qual es produïx hui en el món s'obté a partir de combustibles fòssils, mitjançant processos que emeten grans quantitats de diòxid de carboni.
L'anomenat hidrogen verd, produït a partir de l'aigua utilitzant energies renovables, representa encara menys de l'1 % de la producció mundial pel fet que continua sent més car que els mètodes convencionals.
Entre les diferents maneres de produir hidrogen verd, la dissociació de l'aigua és una de les més prometedores, ja que pot alimentar-se amb energia solar o altres fonts renovables. No obstant això, les tecnologies actuals presenten importants inconvenients: l'electròlisi, la més utilitzada, continua sent costosa, mentres que la termólisis requerix temperatures superiors als 3 000 K (2726,85 °C ), difícils d'aconseguir i mantindre.
En este context, el nostre recent estudi presenta un nou material que podria contribuir a avançar en eixa direcció.
Una perovskita amb un comportament inesperat
El material estudiat pertany a una família de compostos coneguda com perovskitas, materials cristal·lins àmpliament investigats per les seues propietats electròniques, magnètiques i catalítiques. En els últims anys, també han despertat un gran interés pel seu potencial per a facilitar reaccions químiques relacionades amb la producció de combustibles nets.
En este cas, es tracta d'una perovskita formada per estronci, ferro, molibdé i oxigen (SFMO). En calfar el SFMO a 800 °C en aire, el material perd part del seu oxigen i genera “buits” (vacants d'oxigen) en la seua estructura cristal·lina. Quan després s'exposa a vapor d'aigua, mantenint la mateixa temperatura de 800 °C, el material és capaç de trencar les molècules d'aigua, alliberant hidrogen i oxigen.
En analitzar el procés amb diferents tecnologies detectem una cosa poc comuna. En les perovskitas clàssiques s'assumix que el procés funciona com un cicle d'oxidació-reducció. El material es reduïx, es formen vacants d'oxigen, i quan arriba l'aigua, l'oxigen d'eixa aigua “emplena” eixes vacants, reoxidant el material i alliberant hidrogen.
Però en el SFMO no ocorre així. En lloc de contraure's, com caldria esperar durant la reoxidació, l'estructura cristal·lina s'expandia de manera reversible en entrar en contacte amb l'aigua. Este comportament indica que el SFMO produïx hidrogen mitjançant un mecanisme diferent del descrit tradicionalment per a esta mena de materials, sense que es produïsca una reoxidació completa del material.
Per què és millor que altres mètodes?
Si bé encara es tracta d'investigació bàsica, el SFMO reunix diverses característiques especialment prometedores. Produïx hidrogen a 800 °C, una temperatura molt inferior a la requerida per la termólisis convencional; funciona de manera isotèrmica, sense necessitat de cicles de calfament i refredament, i manté la seua estructura cristal·lina després de llargs períodes de temps, la qual cosa demostra una elevada estabilitat. A més, el seu funcionament és compatible amb sistemes de concentració solar capaces d'aportar la calor necessària utilitzant energia renovable.
No obstant això, encara queden importants desafiaments abans d'una aplicació industrial d'este material. Serà necessari comprendre amb major detall el mecanisme de reacció, optimitzar-lo i avaluar com escalar el procés a reactors de major grandària. No obstant això, estos resultats mostren que materials com el SFMO podrien obrir noves vies per a produir hidrogen verd de forma més eficient i sostenible.
Gloria Anemone, Professora contractada doctora, CUNEF Universitat; Mª Teresa Azcondo, Catedràtica de l'Àrea de Química Inorgànica, Universitat CEU Sant Pau i Ulisses Julio Amador Elizondo, Catedràtic de Química Inorgànica, Universitat CEU Sant Pau
Este article va ser publicat originalment en The Conversation. Llija el original.
* Ho pots llegir perqué en cronicacampdeturia.org som Creative Commons