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Un proyecto para impulsar el hidrógeno limpio
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00:08Vamos a conocer un proyecto liderado por NAITEC y la Universidad Pública de Navarra
00:13y nos acompaña Fernando Almazán, investigador de la Universidad Pública de Navarra,
00:17gracias por estar aquí.
00:17Muchas gracias por invitarnos, Sergio.
00:19Y Joseba Irigoyen, coordinador del área de fabricación sostenible de NAITEC.
00:24Muchísimas gracias por estar aquí.
00:25Vamos a conocer un proyecto que mejora la producción de hidrógeno mediante electrólisis alcalina.
00:30¿Qué significa esto? Pues lo vamos a ver aquí, en este siguiente vídeo.
00:43El objetivo del proyecto es mejorar la producción de hidrógeno mediante electrólisis alcalina,
00:49desarrollando nuevas estrategias que nos permitan, por un lado, facilitar y mejorar el proceso,
00:54aumentar su durabilidad y, por otro lado, reducir el coste y ahorro energético.
01:04Es un proyecto que tiene un enfoque multidisciplinar, es decir, vamos a abordar la temática desde diferentes puntos de vista,
01:11tanto materiales como procesos de fabricación, como modelos de simulación y también herramientas de inteligencia artificial
01:19para poder predecir y evaluar los materiales que estamos desarrollando.
01:24El desarrollo de nuevos electrocatalizadores y de membranas de intercambio aniónico todavía dista de haberse solventado.
01:32Realmente existen ya tecnologías maduras en el mercado, pero que tienen sus problemas
01:38y, concretamente, el objetivo de este proyecto es colaborar con Nitec para desarrollar nuevos materiales
01:45que no dependan de minerales críticos, como el cobalto, el vidrio u otros metales nobles,
01:51y, por otro lado, membranas aniónicas que permitan el desarrollo de una tecnología que sea más robusta
01:58y que pueda tener viabilidad comercial.
02:11Este desarrollo implica diseñar y fabricar toda una serie de componentes
02:17con tecnologías de impresión aditiva de tipo 2D y 3D, con la combinación de los saberes y de las capacidades
02:24de ambos socios.
02:25Y, en este caso, en el caso que nos ocupa a nosotros en la UPNA,
02:29tenemos que desarrollar también nuevos electrocatalizadores basados en metales no nobles y no críticos.
02:39Desde Nitec trabajamos en una tecnología que ya es una tecnología madura y ya está transferida a la industria,
02:46pero que también tiene sus limitaciones.
02:48Entonces, dentro del proyecto, los retos que tenemos principalmente es a solucionar esas limitaciones que tiene la tecnología,
02:53que vienen principalmente encaminados al tema de mejorar los materiales,
02:59consiguiendo materiales que sean más eficientes y duraderos,
03:02y, otro lado, a conseguir una bancada donde podamos testar esos materiales que estamos desarrollando dentro del proyecto
03:07y nos den una viabilidad de continuar con el trabajo.
03:14Una de las principales ventajas que tiene el desarrollo de esta tecnología novedosa de electrolisis alcalina
03:21con membranas de intercambio aniónico es que nos permite integrar mejor la generación de energía de origen renovable,
03:29de electricidad de origen renovable con la producción de hidrógeno limpio,
03:32en comparación con otras tecnologías que ya existen de electrolisis de agua y que están a un nivel de madurez
03:38mayor.
03:38Trabajar en proyectos colaborativos nos permite, sobre todo, poder colaborar con distintos perfiles
03:45y complementar capacidades.
03:47Al final, en un proyecto te toca trabajar en campos que igual no son de tu expertise,
03:52pero con la ayuda de los otros colaboradores y la red que se genera,
03:57puedes avanzar mucho más rápido en buscar una solución y llegar a una solución que sea mucho más completa
04:02y con el fin de poder transferir al tejido industrial más rápido todo lo que estamos aprendiendo.
04:15Joseba, ¿cuál es el principal objetivo del proyecto y qué problemas busca resolver en el ámbito de la producción de
04:21hidrógeno limpio?
04:22El propósito del proyecto es conseguir que la producción de hidrógeno limpio sea más eficiente, más sostenible y más competitiva.
04:30Ya al producir hidrógeno limpio a través de...
04:34Bueno, el hidrógeno limpio no es más que con un proceso de electrolisis, es decir, con energía eléctrica,
04:39separamos las moléculas del agua y tenemos hidrógeno y oxígeno.
04:43Y es limpio porque utilizamos la energía de la electricidad de energías renovables, geólicas, solares, etc.
04:51Entonces, esta manera de utilizar el electrolisis para generar hidrógeno ya lleva un siglo instalada en nuestra sociedad.
04:58Lo que pasa es que todavía no es lo suficientemente competitiva y eficiente, conforme a otras maneras de producir hidrógeno,
05:03como para que se utilice más que las demás.
05:08Solamente hasta el 2024, un 1% del hidrógeno que se produce en el mundo se utilizaba a través de
05:13electrolisis.
05:14¿Y por qué es importante mejorar la electrolisis alcalina frente a otras tecnologías de producción de hidrógeno?
05:21Actualmente, los sectorizadores requieren unas condiciones que son, digamos, un poco exigentes.
05:27Necesitan temperatura, necesitan electrolitos.
05:29El electrolito es la solución en el agua que hay dentro del electrolizador,
05:32que son ligeramente o muy áceas o muy básicas y luego mucha electricidad.
05:38Entonces, parte de nuestra propuesta es mejorar esa tecnología con lo que nosotros utilizamos,
05:43que es el electrolizador de agua, utilizando membranas de intercambio aniónico.
05:48¿Qué nos permite esa tecnología?
05:50Conseguir unas condiciones de operación mucho más amigables.
05:52Entonces, temperatura ambiente, utilizar electrolitos, lo que está dentro del electrolizador,
05:58que prácticamente es agua salina, agua del mar, y condiciones de voltaje mucho más baja.
06:04El nuevo proyecto trabaja con nuevos electrocatalizadores y membranas de intercambio anónico.
06:10Explícame en qué se traduce eso.
06:12Y bueno, para conseguir mejorar la eficiencia, estamos sintetizando nuevos electrocatalizadores.
06:20Al final, un catalizador no deja de ser más que un producto,
06:22que lo que hace es que la reacción vaya más rápido y sea más eficiente.
06:26Entonces, lo que hacemos es, bueno, esto al final es como si fuese una pila,
06:29imagínate, tiene un cátodo y un ánodo.
06:31Lo que hacemos es crear catalizadores que se fijan en estos electrodos
06:36para que la reacción de formación de oxígeno y de formación de hidrógeno sea más eficiente.
06:40Es decir, con menos electricidad produzcamos más hidrógeno.
06:43Y las membranas de intercambio anónico, bueno, es un poco un rollo entre tecnologías,
06:50pero bueno, ahora mismo los electrocatalizadores alcalinos utilizan un diafragma.
06:54Solamente es una membrana porosa que lo que evita es que las burbujas de oxígeno y de hidrógeno
06:59que están dentro del recipiente no choquen entre sí,
07:01porque eso podría ser incluso explosivo, o sea, una explosión explosivo.
07:06Y además el hidrógeno saldría manchado y no sería tan limpio.
07:08Pues en estas son membranas de intercambio anónico que lo que permiten es que pongamos,
07:13que vayan pegadas prácticamente al electrodo, con cero gap, no hay distancia entre los dos.
07:17O sea, bueno, si abrimos esto, por ejemplo, esto es un poco...
07:19Sí, abre, abre, hay un poquillo de show.
07:21Esto no es el... El utilizador es, imagínate, es como esto, pero es más grande.
07:24Vale.
07:25Esto es así a nivel laboratorio que nosotros nos permite trabajar utilizando poca material, ¿no?
07:29Y es como si fuera un sándwich, ¿vale?
07:32Entonces...
07:33Ahora la abrimos y ahí está la lechuga, el tomate, la hamburguesa...
07:35Efectivamente, una hamburguesa.
07:37Estos dos serían el electrodo, estas dos cosas metálicas,
07:39y el electrodo circularía por estos conductos.
07:42Entonces nosotros lo abrimos y que nos encontramos en el electrodo grabado un circuito, ¿vale?
07:50En este circuito es donde circula el agua, ¿no?
07:51El agua que nosotros queremos transformar en hidrógeno, ¿vale?
07:56Y estas cositas que tenemos aquí, que es que es un poco complicado de ver,
08:00esto negro y esto negro serían los electrodos, ¿vale?
08:02Que es lo que nosotros trabajamos en ello.
08:03Y esto, que hablamos tanto de la membrana, esta cosita es la membrana, ¿vale?
08:07Que no se ve muy bien porque es transparente y es un poco complicado enfocar,
08:11pero esto es la membrana, esto es la membrana de intercambio anónico, ¿vale?
08:15Entonces, la gracia de este tipo de electrodoizadores es que estos dos elementos son juntos.
08:20Entonces, tienes como, es más limpio porque no tienes en ningún momento las dos soluciones juntas,
08:25las tienes separadas físicamente por el electrodo y por la membrana.
08:28Y el hecho de que estén tan cerca hace que haya menos cavidad entre los electrodo, menos solución,
08:34y entonces al final tú, la electricidad circula muy bien por un alambre conductor metálico,
08:39pero para cerrar el circuito tiene que pasar a través del agua, y el agua es resistente,
08:44o sea, conduce la electricidad, pero tiene una resistencia, que es una resistencia ómica de la celda,
08:49y entonces si está más cerca la resistencia disminuye, entonces la eficiencia es mucho mejor del sistema,
08:54entonces necesitas menos corriente y puedes bajar la salinidad del electrolito,
08:59porque está más cerca y no necesita que haya tanta sal para que conduzca bien.
09:03¿Y qué impacto tendría esto a nivel de sostenibilidad y de coste?
09:06Hombre, en primer lugar ya tenemos una forma de producir hidrógeno que es un vector energético,
09:12esto hay que decir que al final puedes utilizar el hidrógeno, bueno, aparte de para...
09:16Claro, hay mucho de reducir los minerales críticos, nobles, explícame eso también.
09:21Bueno, son los problemas que tenemos actualmente ya no solo en esto, sino en las industrias generales,
09:25el uso de metales críticos, rollo cobalto, iridio, platino, son metales muy caros,
09:29se extraen en zonas que suelen ser punto de conflicto y que realmente son elementos muy caros,
09:37tanto de extraer como de comprar como de producir, que además Europa no tiene,
09:40tenemos siempre que ir a otros países.
09:42Claro, utilizando otros materiales que no son estos,
09:44véase, hierro, níquel, que sí que tenemos en Europa,
09:49ahí podemos reducir costes, son materiales más fáciles de producir.
09:52Y es la idea, intentar evitar siempre utilizar materiales críticos a favor de materiales más asequibles.
09:59¿Y qué papel concreto desempeña Nitec?
10:02Bueno, dentro de este proyecto abarcamos lo que es la mejora de los alcalizadores alcalinos en dos vías.
10:09Una sería coger los electroizadores que ya están funcionando hoy en día,
10:13que ya están instalados en la sociedad, y ver cómo podemos optimizar este tipo de electroizadores
10:18sin meternos mucho en cambiar excesivamente la composición de lo que es el electroizador,
10:24pues sí, sintetizando electroizadores para este tipo de electrodos concretos que ya se están utilizando,
10:29nuevos electrocatalizadores, que como ha dicho Fernando,
10:33que no sean ni con iridio ni con metales críticos, que hay muy pocos en la Tierra.
10:39Y además también estamos trabajando en cambiar los diferentes componentes que utiliza la propia celda,
10:45porque ahora mismo el electroizador que utilizan los electroizadores alcalinos es potasa cáustica concentrada,
10:53o sea, si te acuerdas en tu casa, ves, es cosa cáustica para limpiar las tuberías,
10:57bueno, pues es corrosivo, entonces luego al final, o sea, esto tiene que estar funcionando décadas.
11:02Entonces, si tú tienes potasa cáustica, pues al final tienes que hacer toda la composición de la celda
11:05con acero inoxidable forrado de níquel, porque si no se va corroyendo, etc.,
11:10pues queremos utilizar tecnologías más nuevas, como la impresión 3D y 2D,
11:15utilizando materiales termoplásticos polímeros que se utilizan en aeronáutica,
11:19como puede ser la poliéter cetona, por ejemplo, que son muy buenos al contacto químico,
11:27no se corroen ni nada, y poder diseñar, etc., por impresión 3D, de famas, partes de contacto,
11:35y también, por otra parte, tenemos un equipo que va a tratar de hacer un gemelo digital
11:42de este electroizador, de manera que tendríamos, como un modelo virtual,
11:48en el que cualquier cambio que nosotros hacemos, cuando queremos incorporar al electroizador,
11:52podemos simularlo primeramente en este modelo, que utiliza un sistema de dinámica fluídica computacional,
12:01entonces, creando ese gemelo digital, entonces, yo voy a poner mi nuevo electrocatalizador,
12:06le pones las características, y antes de modificar o romper en exceso esto,
12:11ya, tiene sentido, no tiene sentido, va a mejorar, va a empeorar,
12:14si aumento la distancia de separación del diafragma, etc., mejora.
12:19Esa es la parte que desarrollamos.
12:20Vaya, que Neitega hace un montón de cosas, ¿qué le queda?, ¿a qué maniobra?,
12:23¿qué imagen de maniobra tiene la Universidad Pública de Navarra?
12:26Pues, aparte, que nosotros, ellos hacen lo de que es el electroizador calino convencional,
12:31para así decirlo, ¿no?
12:31Sí, el que ya está, o el que ya está, nosotros hacemos el de membrana de intercambio aniónico,
12:36que está en una fase todavía más de investigación, más y más de, todavía no está,
12:40es una tecnología muy joven, las ventajas son esas, no necesitamos ni materiales críticos,
12:46las condiciones de separación son mucho más amigables,
12:49no hace falta, pues eso, pizar, el electroizador, claro.
12:52Y la idea es trabajar con agua de mar, como es eso.
12:54Tal cual.
12:56Luego, aparte, la UBNA, hacemos el análisis de ciclo de vida,
13:00que esto es, estudiamos el coste y el impacto económico que tienen todos los elementos,
13:05desde la extracción del metal, hasta que se genera hidrógeno,
13:08para ver si es económicamente viable o no,
13:10o cómo se minimiza el impacto económico que puede tener esto frente a otras tecnologías.
13:17Y por otra parte, también un poco acompañando lo que dicen ellos con la dinámica completizacional,
13:22el gemelio digital, nosotros colaborando con el Centro de Historia y Defensa de la Universidad de Zaragoza,
13:27hemos preparado un argoíno por dinámica molecular,
13:31que lo que hacemos es testeamos de forma virtual nuevos materiales que pueden utilizarse para los electrodos,
13:39de tal forma que eso nos ahorra mucho tiempo en el laboratorio.
13:43Pues si tú ya partes de una biblioteca de 40, 50 composiciones o más,
13:48y dices, bueno, es que estos tres me funcionan bien, pues ya vas a utilizar esos tres.
13:52¿Por qué? Porque el algoritmo que hemos preparado nos permite determinar eso.
13:55¿Y cómo ayuda, por ejemplo, a incorporar modelos de simulación o inteligencia artificial a este proyecto?
14:00No se ahorra tiempo. Al final, todo el trabajo que tú tienes que hacer en el laboratorio,
14:03que es inviable a nivel de tiempo, lo puedes hacer de forma mucho más rápida
14:08utilizando este tipo de estrategias.
14:11Y si tienes que hacer prueba-error, prueba-error y...
14:13Para finalizar, que siempre digo, el proyecto, ¿en qué fase se encuentra y hacia dónde vamos?
14:18Bueno, pues se va a un proyecto a tres años, ya vamos en el segundo año,
14:22ya tanto la UMNA como nosotros, ya hemos hecho la primera parte de hacer screening de los catalizadores,
14:29ya hemos sintetizado unos cuantos, algunos han funcionado mejor, otros peor,
14:35pero bueno, ya tenemos algunos que ya son candidatos,
14:37y luego también se ha montado ya la bancada, que sería con el electroizador,
14:42porque ahora mismo podemos testar los electrocatalizadores a nivel laboratorio,
14:46en una celda, haciendo ensayos, midiendo electroquímica.
14:50Pero ya sería llevar los candidatos mejores a un entorno más realista
14:54y más próximo a lo que sería una celda real.
14:56Pues Fernando y Joseba, muchísimas gracias por estar hoy aquí en el espacio SINAID y ADITEC.
15:00Muchas gracias.
15:00Muchas gracias.