Los métodos de producción de hidrógeno verde están evolucionando hacia soluciones que combinan un alto rendimiento, un bajo coste y un menor impacto medioambiental. Entre ellos, una de las innovaciones más prometedoras es la electólisis del agua mediante membrana de intercambio aniónico (AEM WE).

La electrólisis alcalina avanzada se lleva utilizando comercialmente desde hace décadas y sigue siendo la tecnología más consolidada para la producción de hidrógeno a gran escala. Actualmente se emplea en algunos de los proyectos de hidrógeno verde más grandes del mundo, ya que puede implantarse a escala de gigavatios. Funciona en un entorno alcalino concentrado, utilizando normalmente una solución de hidróxido de potasio (KOH) al 30 % p/p.

Aunque es eficaz y relativamente económica, esta técnica requiere electrolitos altamente cáusticos y a menudo se enfrenta a limitaciones en cuanto a su integración con fuentes de energía renovables. Por otra parte, la electrólisis del agua mediante membrana de intercambio protónico (PEM) es más flexible y tiene un diseño más compacto, pero depende de metales nobles caros, principalmente iridio.

Como tecnología novedosa cuyo diseño permite gestionar los minerales escasos, la AEM WE se concibió para limitar la dependencia de electrocatalizadores escasos y caros, como el platino, el paladio y el iridio. De hecho, los sistemas AEM se diseñan en torno a catalizadores y componentes basados en materias primas abundantes en la Tierra, como el níquel, el hierro y otros metales de transición.

La electrólisis AEM se basa en el concepto alcalino, pero introduce una membrana conductora de iones en lugar de un diafragma convencional para separar el ánodo y el cátodo de la célula electroquímica. La tecnología funciona en condiciones alcalinas más suaves y utiliza soluciones de KOH significativamente más diluidas (normalmente 1 M de KOH) que los electrolizadores alcalinos convencionales.

En cuanto a los materiales de las membranas, y para cumplir con los requisitos normativos globales en constante evolución relacionados con los PFAS, la industria del hidrógeno se está decantando cada vez más por membranas libres de PFAS para hacer frente al creciente escrutinio sobre estas sustancias químicas. Como resultado, AEM WE busca combinar un alto rendimiento electroquímico con mejores credenciales a lo largo de todo su ciclo de vida.

Varios programas de investigación recientes financiados por la UE se centran en el desarrollo de catalizadores y componentes de metales no preciosos para electrolizadores AEM. El objetivo final es implantar un electrolizador que combine las ventajas operativas de los sistemas basados en membranas con los materiales que se utilizan habitualmente en la electrólisis alcalina, reduciendo tanto los costes de capital como los riesgos de la cadena de suministro asociados a la dependencia geopolítica de materias primas críticas. En este contexto, De Nora participa activamente en varios consorcios de investigación, aportando sus conocimientos y su consolidada experiencia en el diseño y las formulaciones de electrocatalizadores.

Por ejemplo, el proyecto ENDURION se centra en desarrollar un electrolizador AEM presurizado altamente eficiente y duradero mediante innovaciones en el diseño de las celdas y las pilas. Paralelamente, el proyecto HyPrAEM está desarrollando un novedoso electrolizador AEM de alta presión para mejorar el rendimiento, la durabilidad y la escalabilidad industrial del sistema.

Si bien reducir el uso de metales críticos es un objetivo fundamental para la energía de hidrógeno con AEM, la sostenibilidad va más allá de la selección de catalizadores. Una de las preocupaciones crecientes en torno al despliegue a gran escala del hidrógeno es el consumo de agua dulce. Los sistemas de electrólisis convencionales suelen requerir agua de alta pureza, lo que puede suponer un reto en regiones que se enfrentan a la escasez de agua y a la sequía.

Por este motivo, varios consorcios de investigación europeos, a los que De Nora ha contribuido, se han centrado cada vez más en hacer posible la electrólisis utilizando materias primas de menor calidad.

Por ejemplo, el proyecto ANEMEL abordó uno de los retos clave a los que se enfrenta la futura producción de hidrógeno: reducir la dependencia del agua ultrapura. Esto se logró mediante el desarrollo de membranas, catalizadores y componentes del sistema avanzados, capaces de funcionar con corrientes de agua de menor calidad.

Al permitir el funcionamiento con agua menos purificada, ANEMEL ayudó a allanar el camino para el proyecto ASTERISK, que también contó con financiación europea. En este caso, los investigadores estudiaron nuevos materiales y diseños de sistemas para permitir el uso directo del agua de mar como materia prima para la producción de hidrógeno.

En conjunto, limitar la dependencia de los metales nobles, adoptar materiales libres de PFAS y minimizar el consumo de agua dulce reflejan un compromiso más amplio con el desarrollo de tecnologías de hidrógeno que respalden la descarbonización, al tiempo que se anticipan los futuros requisitos medioambientales y normativos.

En conclusión, varios fabricantes de electrolizadores y componentes, entre ellos De Nora, están investigando la tecnología AEM WE y su implantación industrial para ajustarse a los principios internos de diseño circular y reducir la dependencia de los metales del grupo del platino, que son escasos y se concentran en determinadas zonas geográficas. El objetivo es desarrollar sistemas que combinen robustez y alto rendimiento, al tiempo que ofrezcan características operativas comparables a las de las tecnologías disponibles actualmente en el mercado.