El hidrógeno tiene potencial para convertirse en una pieza importante de la transición energética, pero existe un problema: la mayor parte del que utilizamos actualmente sigue produciéndose a partir de combustibles fósiles mediante procesos que generan CO₂.
Un equipo de investigadores españoles propone ahora una alternativa llamativa. Científicos de la Universitat Politècnica de València (UPV) y del Instituto de Tecnología Química (ITQ), centro mixto de la UPV y el CSIC, han demostrado que las microondas pueden hacer mucho más eficiente la descomposición del metano para producir hidrógeno.
En sus experimentos alcanzaron una conversión de metano de hasta el 80% a aproximadamente 500 ºC, manteniendo una selectividad completa hacia la producción de hidrógeno.
Las microondas permiten reducir la temperatura casi a la mitad
La clave está en cómo se introduce la energía en la reacción.
Los sistemas térmicos convencionales calientan el reactor completo desde el exterior. Para conseguir una descomposición eficiente del metano pueden necesitar temperaturas cercanas a los 900 ºC o superiores, lo que implica un importante consumo energético.
El nuevo sistema utiliza microondas para enviar energía directamente hacia un catalizador basado en carbono activado.
De esta forma, el calentamiento se concentra precisamente donde ocurre la reacción química y se reducen las pérdidas asociadas a calentar todo el reactor.
El resultado fue sorprendente: después de 90 minutos, el equipo logró alrededor de 80% de conversión del metano a 500 ºC, produciendo hidrógeno mientras la reacción todavía continuaba aumentando su rendimiento.
Del metano salen hidrógeno y carbono sólido
La reacción también tiene otra característica importante.
En lugar de transformar el carbono presente en el metano en dióxido de carbono, como ocurre en buena parte de la producción convencional de hidrógeno, este proceso lo separa en forma de carbono sólido.
Por tanto, la reacción no genera directamente CO₂.
Eso no convierte automáticamente al hidrógeno resultante en completamente libre de emisiones, ya que su huella final también dependerá del origen del metano y de la electricidad utilizada. Pero permite evitar una de las principales fuentes directas de CO₂ asociadas a su producción.
Y los investigadores descubrieron que ese carbono tampoco tiene por qué terminar convertido en un residuo.
El residuo puede transformarse en nanofibras y nanocubos
Dependiendo de la temperatura y de las condiciones utilizadas durante la reacción, el sistema produjo diferentes estructuras de carbono.
Los investigadores observaron desde recubrimientos de carbono hasta nanocubos y nanofibras, modificando su morfología mediante las condiciones de funcionamiento del reactor.
Estos materiales pueden tener aplicaciones en ámbitos como baterías, supercondensadores, sensores, electrónica, materiales compuestos y sistemas de almacenamiento energético. Esto abre una posibilidad especialmente interesante: producir simultáneamente hidrógeno y un segundo material con valor industrial.
El hierro consiguió mejorar todavía más el proceso
El equipo también estudió qué ocurría al añadir distintos elementos abundantes al catalizador.
Entre los materiales analizados, el hierro obtuvo los mejores resultados. Cuando utilizaron un catalizador de hierro y carbono bajo microondas, la conversión de metano pasó aproximadamente del 50% alcanzado mediante calentamiento convencional al 75% con microondas.
El estudio, publicado en ACS Sustainable Chemistry & Engineering, es el resultado de años de investigación sobre catálisis asistida por microondas.
Todavía queda por comprobar cómo puede trasladarse esta tecnología desde el laboratorio hasta instalaciones capaces de producir hidrógeno a escala industrial.
Pero el principio ya está demostrado: en lugar de calentar enormes reactores hasta temperaturas extremas, concentrar la energía directamente sobre el catalizador puede permitir hacer el mismo trabajo con mucho menos calor.
