Una perovskita abre un nuevo camino hacia el hidrógeno verde

El reto no es la idea, que es sencilla y elegante, sino conseguir romper esas moléculas de agua de forma barata, eficiente y sin necesitar para ello quemar petróleo o gas.

El combustible del futuro que aún cuesta demasiado

El hidrógeno se ha convertido en una pieza clave de la transición energética porque puede almacenar energía procedente de fuentes renovables y utilizarse como combustible en sectores difíciles de electrificar, como la industria pesada, el transporte y la producción de fertilizantes. Su demanda no deja de crecer: solo en España se consumen ya más de medio millón de toneladas al año, una cifra que previsiblemente seguirá aumentando a medida que avanza la descarbonización de la economía.

Sin embargo, existe una paradoja. Aunque el hidrógeno puede ser un combustible limpio, la inmensa mayoría del que se produce hoy en el mundo se obtiene a partir de combustibles fósiles, mediante procesos que emiten grandes cantidades de dióxido de carbono.

El llamado hidrógeno verde, producido a partir del agua utilizando energías renovables, representa todavía menos del 1 % de la producción mundial debido a que sigue siendo más caro que los métodos convencionales.

Entre las distintas formas de producir hidrógeno verde, la disociación del agua es una de las más prometedoras, ya que puede alimentarse con energía solar u otras fuentes renovables. Sin embargo, las tecnologías actuales presentan importantes inconvenientes: la electrólisis, la más utilizada, sigue siendo costosa, mientras que la termólisis requiere temperaturas superiores a los 3 000 K (2726,85 °C ), difíciles de alcanzar y mantener.

En este contexto, nuestro reciente estudio presenta un nuevo material que podría contribuir a avanzar en esa dirección.

Una perovskita con un comportamiento inesperado

El material estudiado pertenece a una familia de compuestos conocida como perovskitas, materiales cristalinos ampliamente investigados por sus propiedades electrónicas, magnéticas y catalíticas. En los últimos años, también han despertado un gran interés por su potencial para facilitar reacciones químicas relacionadas con la producción de combustibles limpios.

En este caso, se trata de una perovskita formada por estroncio, hierro, molibdeno y oxígeno (SFMO). Al calentar el SFMO a 800 °C en aire, el material pierde parte de su oxígeno y genera “huecos” (vacantes de oxígeno) en su estructura cristalina. Cuando después se expone a vapor de agua, manteniendo la misma temperatura de 800 °C, el material es capaz de romper las moléculas de agua, liberando hidrógeno y oxígeno.

Al analizar el proceso con diferentes tecnologías detectamos algo poco común. En las perovskitas clásicas se asume que el proceso funciona como un ciclo de oxidación-reducción. El material se reduce, se forman vacantes de oxígeno, y cuando llega el agua, el oxígeno de esa agua “rellena” esas vacantes, reoxidando el material y liberando hidrógeno.

Pero en el SFMO no ocurre así. En lugar de contraerse, como cabría esperar durante la reoxidación, la estructura cristalina se expandía de forma reversible al entrar en contacto con el agua. Este comportamiento indica que el SFMO produce hidrógeno mediante un mecanismo diferente del descrito tradicionalmente para este tipo de materiales, sin que se produzca una reoxidación completa del material.

¿Por qué es mejor que otros métodos?

Aunque todavía se trata de investigación básica, el SFMO reúne varias características especialmente prometedoras. Produce hidrógeno a 800 °C, una temperatura muy inferior a la requerida por la termólisis convencional; funciona de forma isotérmica, sin necesidad de ciclos de calentamiento y enfriamiento, y mantiene su estructura cristalina tras largos periodos de tiempo, lo que demuestra una elevada estabilidad. Además, su funcionamiento es compatible con sistemas de concentración solar capaces de aportar el calor necesario utilizando energía renovable.

No obstante, aún quedan importantes desafíos antes de una aplicación industrial de este material. Será necesario comprender con mayor detalle el mecanismo de reacción, optimizarlo y evaluar cómo escalar el proceso a reactores de mayor tamaño. Sin embargo, estos resultados muestran que materiales como el SFMO podrían abrir nuevas vías para producir hidrógeno verde de forma más eficiente y sostenible.

Gloria Anemone, Profesora contratada doctora, CUNEF Universidad; Mª Teresa Azcondo, Catedrática del Área de Química Inorgánica, Universidad CEU San Pablo y Ulises Julio Amador Elizondo, Catedrático de Química Inorgánica, Universidad CEU San Pablo

Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation.