Ciclos Termoquímicos: Una alternativa para la producción sostenible de Hidrógeno

El hidrógeno se postula como uno de los más prometedores vectores energéticos para las próximas décadas, al ser una de sus principales ventajas el hecho de que prácticamente cualquier fuente de energía puede ser convertida en hidrógeno. Alrededor del 40 % de la producción mundial de hidrógeno se utiliza en la industria química, otro 40 % en refinerías y el 20 % restante en una gran variedad de procesos, incluyendo su empleo como vector energético. El hidrógeno utilizado en las refinerías se emplea en el procesado del crudo de petróleo y en la mejora de combustibles para el transporte, lo que podría condicionar un aumento en la demanda de hidrógeno por este sector durante los próximos años, coincidiendo con lo que durante los últimos años se viene denominando como la hipotética “economía del hidrógeno”.

Autores: [Juan Ángel Botas y Carolina Herradón-Departamento de Tecnología Química y Energética. Universidad Rey Juan Carlos]

 El concepto de economía del hidrógeno se lleva tratando durante varias décadas y ha recibido especial atención durante los últimos años. Algunas valoraciones del potencial de una economía del hidrógeno han centrado su atención en su producción, al ser un aspecto crucial en el desarrollo de un sistema viable. Existen diferentes procesos para obtener hidrógeno, entre los que pueden citarse el reformado de gas natural, la gasificación de carbón y la electrolisis de agua. Aunque estos procesos se encuentran comercialmente disponibles, se está investigando en el desarrollo de otros procesos alternativos, cuyo interés reside en su carácter sostenible. Uno de ellos es la descomposición termoquímica de agua.

 La producción de hidrógeno mediante descomposición de agua empleando ciclos termoquímicos consiste en descomponer la molécula de agua en los átomos de hidrógeno y oxígeno de los que está constituida, mediante una serie de reacciones químicas que permiten su liberación en etapas diferenciadas.

 El proceso de descomposición termoquímica de agua requiere emplear sistemas adicionales, implicados generalmente en tres etapas: (i) producción de oxígeno, (ii) producción de hidrógeno, y (iii) regeneración de materiales. Estos sistemas se caracterizan por proporcionar cantidades apreciables de hidrógeno y oxígeno, y por requerir temperaturas inferiores a la necesaria para la disociación térmica del agua. No obstante, los elevados niveles térmicos aún requeridos para estos procesos hacen necesario su integración con otros procesos que proporcionen un foco caliente a la temperatura necesaria.

 Durante los últimos años la producción hidrógeno mediante ciclos termoquímicos ha recibido especial atención debido a la creciente preocupación sobre las fuentes de energía y el impacto ambiental asociado a su uso. Este es el motivo de la realización/recopilación de diversos estudios sobre la producción de hidrógeno mediante diferentes ciclos (como p.e.: Zn/ZnO, Fe₃O₄/FeO, Mn₃O₄/MnO). Muchos de estos ciclos se estudian acoplados a procesos de concentración de energía solar o generación de energía nuclear, y están relacionados con estudios realizados de forma paralela en reactores de energía solar concentrada y en reactores nucleares.

 Actualmente se está trabajando en la disminución de las temperaturas requeridas por los diferentes ciclos, al aumentar sus ventajas y el rendimiento del proceso de concentración de la energía solar a medida que disminuye la temperatura requerida para llevar a cabo el proceso. Para ello se están introduciendo modificaciones en ciclos ya conocidos, y se continúa con la búsqueda de nuevos ciclos alternativos.

1. M.A. Rosen. Advances in hydrogen production by thermochemical water decomposition: A review. Energy 35 (2010) 1068-1076.
2. R.G. Lemus y J.M. Martínez-Duart. Updated hydrogen production costs and parities for conventional and renewable technologies. International Journal of Hydrogen Energy 35 (2010) 3929-3936.
3. C. Perkins y A.W. Weimer. Likely near-term solar-thermal water splitting technologies. International Journal of Hydrogen Energy 29 (2004) 1587-1599.