Buenos Aires (EP), 22 de noviembre 2021. Investigadores e investigadoras del Instituto de Nanociencia y Nanotecnología (INN, CNEA-CONICET) desarrollaron celdas de combustible que podrían utilizarse como electrolizadores para la producción de hidrógeno verde en Argentina.

¿Qué es el hidrógeno verde?

El hidrógeno es un combustible sintético que puede generar energía y ser una alternativa para reemplazar los combustibles fósiles. Su clasificación por colores tiene que ver con el proceso de obtención el cual involucra distintas tecnologías y fuentes primarias de energía que luego pueden transformarse en hidrógeno. Actualmente, para obtener este combustible, se utilizan procesos que en su mayoría emplean energía de orígen fósil por lo que se continúa emitiendo dióxido de carbono.

Ahora bien, para la producción de hidrógeno verde se utilizan energías renovables a través de un proceso que se llama electrólisis. El principal beneficio de este proceso es que la fuente del hidrógeno es el agua. Como se utilizan energías renovables que no involucran fuentes de carbono, tampoco emite dióxido de carbono durante su producción. De allí proviene el origen de su clasificación como H2-verde.

Un aspecto no menor a tener en cuenta es que nuestro país cuenta con gran potencial en estos factores fundamentales para la producción del hidrógeno verde: el agua (ya sea dulce como salada) y las energías renovables, principalmente la energía eólica y solar.

Desarrollos del INN

Dentro del Instituto de Nanociencia y Nanotecnología se encuentran equipos de los nodos Constituyentes y Bariloche que desarrollan pilas de combustible. A estos dispositivos electroquímicos se les puede inyectar hidrógeno u otro combustible para generar energía eléctrica. La particularidad que tienen, al ser reversibles, es que también se los puede utilizar para producir hidrógeno por electrólisis de agua

Para explicarnos sobre su funcionamiento, la investigadora del INN Liliana Mogni, quien trabaja en uno de los proyectos, indicó que el proceso de entrega de energía es comparable al funcionamiento de una batería, la cuál se descarga con su uso y se enchufa para cargarla. “En las pilas de combustible lo que trabaja es un gas que reacciona sobre los materiales que forman los electrodos de las pilas. Entonces, si le entregas hidrógeno de un lado y oxígeno del aire del otro, se genera electricidad. De la misma forma, si esos dispositivos son revertidos, es decir, si se pone electricidad y agua podés producir hidrógeno y oxígeno, este último es el proceso de electrólisis” ilustró la doctora en ciencias de la ingeniería.

La Dra. Mogni explicó que hay varios tipos de pilas de combustible. Actualmente las más utilizadas para electrólisis son las celdas alcalinas pero presentan algunos inconvenientes asociados a su gran volumen y tipo de electrolito que dificultan su aplicación en la escala requerida para llevar a cabo una transición energética hacia fuentes renovables. Para realizar una producción industrial de hidrógeno verde como la que se proyecta llevar a cabo en Río Negro, se está proponiendo a nivel mundial utilizar otros tipos de pilas de combustible que están muy avanzadas desde el punto de vista tecnológico y en las que el INN hace años viene trabajando en su desarrollo, ellas son las denominadas PEM y SOFC.

En el nodo Constituyentes se encuentra el Grupo de Sistemas Electroquímicos de Almacenamiento y Conversión de Energía, liderado por Horacio Corti y Federico Viva, el cual desarrolla materiales, tales como catalizadores, membranas y capas difusoras de gases basadas en carbón mesoporoso para celdas de combustible de membrana de intercambio de protones (PEM). «Las celdas PEM en potencias del orden de 100 kW compiten con las baterías de Litio-ion para la impulsión de automóviles eléctricos (como el Toyota Mirai)”, explica Corti.

Las celdas PEM de menor potencia se utilizan en aplicaciones estacionarias, por ejemplo este grupo, entre otros proyectos, colaboró con la instalación de una celda PEM de 5kW en la subestación Tecnópolis de la empresa EDENOR S.A. para reemplazar baterías de plomo-ácido. El próximo objetivo del grupo es desarrollar celdas de potencias de hasta 500 W para reemplazar la batería de litio-polímero en drones, aumentando así su autonomía de vuelo.  A su vez, las celdas PEM se pueden usar como electrolizadores para producir hidrógeno verde alimentándolas con energía eléctrica proveniente de paneles solares o aerogeneradores.

Desde el nodo Bariloche se encuentra el equipo de la Dra. Mogni, el cual se encuentra realizando diferentes desarrollos de materiales cerámicos para las pilas de combustible de altas temperaturas denominadas SOFC (óxido sólido). Los objetivos están puestos en la selección y optimización de materiales de electrodos, electrolitos e interconectores; así como también en los procesos de fabricación y diseño de las celdas que permitan bajar los costos y extender la vida útil de estos dispositivos. Además de los proyectos científicos-tecnológicos orientados en esta dirección, los científicos de este grupo colaboran con la empresa ENERFE de la provincia de Santa Fe, en su proyecto de desarrollo de un prototipo SOFC de 5 kW para generación eléctrica utilizando bioetanol.

Por otro lado, este grupo forma parte del equipo de cientificos consultados por el gobierno de la provincia de Rio Negro en relación a las iniciativas de producción de  hidrógeno verde en la provincia. Según indicó la investigadora del INN: “Vamos asesorando sobre los potenciales, sobre los detalles técnicos a los cuáles de debe  prestar especial atención; qué es lo que se podría hacer; qué capacidad tiene Argentina de desarrollar una tecnología o desarrollar partes en su cadena de valor; qué capacidad tenemos de adoptarlas; cuáles son los caminos que convendría de acuerdo al desarrollo que ya tenemos”.

La investigadora espera que a partir de los acuerdos firmados haya colaboración recíproca entre las instituciones de ciencia y tecnología tanto de Argentina como de Australia para la transferencia tecnológica.

Hacia una descarbonización energética

Actualmente la principal aplicación del hidrógeno tiene que ver con la producción de fertilizantes y plásticos, como así también se utiliza en la industria del acero y cementos. La producción de hidrógeno verde permitirá la ampliación de su uso, jugando un papel clave en la transición energética.

Frente al cambio climático, es inminente incorporar tecnologías que apunten a bajar la emisión del dióxido de carbono, para ello se están incorporando cada vez más energías renovables en las matrices energéticas en todos los países ya que la generación eléctrica y el transporte son las principales actividades que emiten dióxido de carbono.

Ahora bien, plantear una transición energética o cambiar el combustible que se utiliza para el transporte, no puede llevarse a cabo de un momento a otro. En una primera etapa se debe comenzar por incorporar el uso de hidrógeno en aquellas industrias que tienen mayor consumo de energía. Dentro de ellas, se pueden identificar las industrias siderúrgicas y cementeras, quienes tienen un gran impacto en la emisión de dióxido de carbono por la gran cantidad de energía que requieren sus procesos.

Por otro lado, si bien se puede reemplazar la generación de energía eléctrica domiciliaria por energía renovable, ésta última no se puede emplear directamente para el transporte, en especial en el transporte de larga distancia donde las baterías eléctricas pierden autonomía. En este sentido, la Dra. Mogni señala: “No podemos tener un auto que funcione a energía solar, por una cuestión de generación, entonces necesitamos lo que se llama un vector de energía. Es decir, algo que permita llevar esa energía a un medio móvil, ahí es donde el hidrógeno gana una relevancia muy importante, ya sea con su uso directo, o bien a través de combustibles sintéticos que lo contengan, como por ejemplo el amoniaco, metanol o etanol”.

El Ministro de Ciencia y Tecnología en CNEA

El ministro de Ciencia y Tecnología, Daniel Filmus, acompañado por el presidente de la Agencia IDi, Fernando Peirano, la senadora Silvina García Larraburu y la presidenta de CNEA, Adriana Serquis, estuvieron esta semana en las instalaciones del Centro Atómico Bariloche y realizaron una visita por los Laboratorios de Investigación Aplicada donde se encuentran trabajando sobre el H2 verde. En la vista el ministro anunció que se van a destinar mil millones de pesos para la investigación de proyectos de transición energética que toman fuentes alternativas como la eólica, solar y vectores como el litio y el hidrógeno.

Fuente Prensa CONICET – https://inn-cnea.conicet.gov.ar/

Foto BBVA