Investigadores del Instituto de Tecnología Química han desarrollado un innovador modelo para producir hidrógeno a partir de amoniaco, mejorando la eficiencia y seguridad del proceso en un único reactor.
Un equipo de investigación del Instituto de Tecnología Química (ITQ), que forma parte del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universitat Politècnica de València (UPV), en colaboración con investigadores de la Universitat Politècnica de Catalunya – BarcelonaTech (UPC), ha logrado desarrollar un innovador modelo para la producción de hidrógeno a partir de amoniaco. Este avance se centra en mejorar aspectos cruciales como la seguridad, la eficiencia y la escalabilidad de esta tecnología.
El nuevo sistema integra los cuatro pasos necesarios para obtener hidrógeno a partir del amoniaco en un único reactor, lo que permite alcanzar eficiencias energéticas sin precedentes y obtener hidrógeno de alta pureza, ideal para su almacenamiento o transporte. Los hallazgos han sido publicados en la revista International Journal of Hydrogen Energy.
El amoniaco es considerado uno de los portadores de hidrógeno más prometedores debido a su alta densidad de hidrógeno, que representa un 17,6% en peso, así como por su infraestructura consolidada para producción y distribución. Sin embargo, el método convencional para extraer hidrógeno del amoniaco implica varios procesos que requieren altas temperaturas y catalizadores, lo que resulta en significativas pérdidas energéticas.
Este proyecto se inscribe dentro del proyecto SINGLE, co-liderado por el ITQ, y se enfoca en el modelado y control de Reactores Electroquímicos de Cerámica de Protones (PCER). Este sistema permite el movimiento de protones a través de una membrana cerámica mientras se llevan a cabo reacciones químicas controladas, como la descomposición del amoniaco para generar hidrógeno y nitrógeno. Posteriormente, otro sistema electroquímico facilita la separación y compresión del hidrógeno producido.
Según explica David Catalán, investigador postdoctoral en el ITQ y uno de los autores principales del estudio, “el nuevo concepto PCER es una metodología innovadora que combina la deshidrogenación del amoníaco, la separación del hidrógeno y la compresión electroquímica en un solo paso”. Esta integración elimina la necesidad de fuentes externas de calor y compresores mecánicos, lo cual mejora notablemente la eficiencia energética global.
La celda electroquímica es el componente clave del PCER; está diseñada no solo como un catalizador duradero para la deshidrogenación del amoníaco sino también como una membrana para separar y comprimir el hidrógeno. Al combinar los cuatro pasos necesarios (craqueo catalítico, separación, purificación y compresión) en un único reactor, esta tecnología logra eficiencias energéticas sin precedentes al proporcionar directamente hidrógeno presurizado con alta pureza.
El funcionamiento óptimo del PCER implica interacciones complejas entre fenómenos eléctricos, químicos y térmicos, lo que presenta desafíos significativos para su control y monitoreo. Para abordar este reto, el equipo ha desarrollado un modelo computacional eficiente capaz de describir el comportamiento dinámico de una celda electroquímica. Esto permite implementar algoritmos avanzados de control en tiempo real para asegurar un funcionamiento estable y evitar pérdidas en el rendimiento.
Además, se ha introducido un algoritmo conocido como soft sensor, diseñado para estimar variables internas clave como la presión parcial de hidrógeno y la resistencia de la membrana. Estas variables son fundamentales para optimizar el rendimiento y prevenir la degradación del catalizador. “Al fusionar modelos con datos, los soft sensors convierten señales electroquímicas imprecisas en información confiable”, señala Andreu Cecilia, investigador de UPC y coautor del estudio.
El modelo propuesto ha sido validado mediante simulaciones multifísicas que han demostrado una sólida concordancia con métricas clave como eficiencia en extracción de hidrógeno y conversión de amoniaco. Este avance es crucial para facilitar futuras implementaciones industriales.