¿Puede el biochar reducir el costo del hidrógeno verde?

Encontrar el catalizador de hidrógeno adecuado

El hidrógeno podría, en teoría, ser un combustible perfecto para almacenar energía y alimentar aplicaciones que son difíciles de electrificar. Esto se debe a que presenta algunas características casi ideales:

– Las pilas de combustible generan electricidad sin producir dióxido de carbono en el punto de uso.
– El hidrógeno puede proporcionar las altas temperaturas requeridas por la metalurgia y otros procesos industriales difíciles de electrificar.
– La electrólisis puede producir hidrógeno a partir del agua usando energía renovable.
– El hidrógeno no contiene carbono, aunque su impacto ambiental total depende de cómo se produzca y utilice.

Sin embargo, el auge de una economía basada en hidrógeno se ha visto obstaculizado por la dificultad de producir hidrógeno de manera rentable. Esto se debe a que el hidrógeno verde se produce generalmente mediante electrólisis, un proceso cuyo costo y eficiencia dependen en parte de los materiales de sus electrodos. Los electrolizadores PEM dependen de metales del grupo del platino escasos y costosos, particularmente platino e iridio, mientras que los sistemas alcalinos pueden usar catalizadores basados en níquel, más abundantes.

Por lo tanto, mientras no exista un método de producción de hidrógeno mejor, es poco probable que logremos verlo reemplazar a los combustibles fósiles a gran escala.

Por eso, los científicos están explorando muchas alternativas para materiales catalíticos, como nanovarillas de hierro, carburo de silicio, o cobalto-tungsteno.

Otra opción para producir hidrógeno verde podría ser el uso de materiales catalíticos basados en carbono, que irónicamente podrían resultar una solución sólida para limitar las emisiones de carbono.

Una nueva revisión realizada por investigadores indios de Swami Rama Himalayan University y Graphic Era (Universidad con reconocimiento oficial) examinó el uso de nanomateriales de carbono derivados de biochar para este fin. El biochar se produce mediante la descomposición térmica de biomasa bajo condiciones de oxígeno limitado a través de procesos como la pirólisis. Esto se debe a que los nanomateriales de carbono derivados de biochar, incluidos potencialmente nanotubos de carbono (CNT), grafeno y puntos cuánticos de carbono, nanoláminas y nanoplacas, ofrecen alta superficie, estructuras ajustables, excelente conductividad eléctrica y propiedades electrocatalíticas favorables.

Publicaron sus hallazgos en Next Energy¹, bajo el título “Nanomateriales de carbono derivados de biochar para la producción sostenible de hidrógeno: síntesis, rendimiento electrocatalítico y perspectiva futura.”

Mejorando la producción de hidrógeno

Si los átomos de hidrógeno son el elemento más abundante del Universo, en la Tierra suelen estar ligados a otros elementos. Por lo tanto, es necesario producir gas H₂ puro, siendo la opción generalmente preferida la electrólisis del agua (H₂O). Pero está limitada por el alto voltaje requerido para superar las barreras cinéticas asociadas a la división del agua.

Superar esta limitación de voltaje es la función principal de los materiales electrocatalíticos.

La escala de producción requerida para una economía funcional del hidrógeno exige que dichos catalizadores se fabriquen a partir de elementos abundantes y económicos. Desde esa perspectiva, los nanomateriales de carbono derivados de biomasa son candidatos prometedores porque pueden combinar materias primas relativamente abundantes con alta superficie, conductividad eléctrica, estabilidad química y propiedades electroquímicas ajustables.

Sin embargo, no es un proceso sencillo; la transformación de biomasa en biochar utilizable y luego en catalizadores no solo implica la pirólisis, sino también tratamientos mecánicos, térmicos y químicos extensos.

Fuente: Next Energy

Desafortunadamente, aunque se avanza, cómo convertir de manera constante y a escala industrial la biomasa cruda en nanomateriales de carbono aún no se comprende completamente.

«A pesar del creciente interés, todavía falta una comprensión sistemática de cómo diseñar y optimizar nanostructuras de carbono basadas en biochar como electrocatalizadores eficientes y asequibles para la producción de hidrógeno.»

Entendiendo la investigación sobre biochar

Revisión de la literatura

La falta de un análisis sistematizado sobre este tema es la razón por la que los investigadores recopilaron literatura científica publicada desde enero de 2020 hasta febrero de 2026, con énfasis en algunos temas:

• Producción de biochar y propiedades de los precursores.
• Síntesis y procesamiento a nanoescala de materiales de carbono basados en biochar.
• Propiedades físicas, químicas y estructurales.
• Incorporación/hibridación con catalizadores metálicos u otros materiales catalíticos.
• Proceso electrocatalítico de la reacción de evolución de hidrógeno (HER) y la reacción de evolución de oxígeno (OER).
• Rendimiento electroquímico.
• Estabilidad, escalabilidad y perspectivas futuras de la producción de hidrógeno respetuosa con el medio ambiente.

Producción de biochar

El biochar es un material rico en carbono producido al calentar biomasa, incluidos residuos agrícolas, desechos de madera y estiércol, bajo condiciones limitadas de oxígeno. La temperatura de pirólisis varía según la materia prima y las propiedades deseadas, y la revisión describe condiciones de procesamiento que van más allá de un rango de temperatura único.

Además de la pirólisis, el proceso también puede emplearse para convertir biomasa vegetal en biochar, por ejemplo mediante gasificación y carbonización hidrotermal.

Además de sus posibles aplicaciones industriales, el biochar también se está utilizado para mejorar suelos para la agricultura y capturar carbono.

Source: Discover Soil

El biochar puede procesarse en nanomateriales de carbono aptos para la investigación de producción de hidrógeno. Algunos catalizadores propuestos son libres de metales, mientras que otros combinan carbono derivado del biochar con cobalto, hierro, molibdeno u otros materiales catalíticos. El enfoque puede convertir biomasa de bajo valor en materiales de mayor valor, aunque el beneficio neto de carbono depende del origen de la materia prima, la energía del proceso, los tratamientos químicos y el ciclo de vida final del material.

Source: Next Energy

Activación para la producción de hidrógeno

El primer paso en el tratamiento del biochar son los métodos físicos. Esto es necesario para reducir las dimensiones de las partículas mientras se aumenta el tamaño de los poros y la topografía superficial. Puede basarse en diversos métodos, como microondas, métodos ultrasónicos y descomposición mecánica (compresión, molienda, trituración, astillado y torrefacción).

Luego, se utiliza vapor a alta presión y a temperaturas extremadamente altas para descomponer la compleja matriz lignocelulósica de origen vegetal en una estructura más simple.

Los productos químicos también forman parte del proceso. El tratamiento ácido también puede emplearse para mejorar la utilidad de la celulosa. Estos tratamientos pueden usar ácidos como el sulfúrico, clorhídrico, nítrico, acético, oxálico y fosfórico, y el reactivo y la concentración elegidos afectan el material resultante. En el extremo opuesto del espectro de pH, compuestos alcalinos como la hidróxido de amonio (NH4OH), hidróxido de sodio (NaOH) y hidróxido de calcio (Ca(OH)2) se utilizan para disolver los enlaces químicos entre los polímeros y la lignina.

Estos procesos también pueden combinarse con la modificación de la estructura química del biochar o la adición de otros elementos para “dopar” el potencial electroquímico.

“Los grupos funcionales de la superficie que contienen oxígeno, como los grupos hidroxilo, carbonilo y carboxilo, mejoran la hidrofilicidad, el contacto interfacial con los electrolitos y la reactividad superficial. Estos grupos también pueden participar en reacciones redox y facilitar los procesos de transferencia de carga.”

Source: Next Energy

Impulsando la producción de hidrógeno

Los pasos anteriores se realizan para que la nanoestructura del biochar se modifique y contenga una mayor cantidad de nanomateriales de carbono: nanofibras de carbono, grafeno, nanotubos de carbono, puntos de carbono y nanosheets de carbono.

De esta manera, se optimiza para algunas características clave:

• Alta conductividad eléctrica, que permite el flujo de electrones libres
• Estabilidad química y alta superficie porosa
• Características adecuadas de adsorción y desorción de hidrógeno, que influyen en la reacción de evolución del hidrógeno.

Source: Next Energy

Haciendo rentable el hidrógeno a partir de biochar

Un obstáculo que ha impedido que el hidrógeno se convierta en un combustible de uso común es el costo. En parte, esto se debe desde hace tiempo a catalizadores costosos que emplean metales raros y preciosos.

En el caso de los catalizadores basados en carbono, otros costos están afectando la posible viabilidad económica futura de este proceso:

• Cultivo, recolección, transporte y almacenamiento de biomasa
• Pirólisis y tratamiento con vapor, que son muy intensivos en energía.
• Mejora del biochar mediante procesos químicos y mecánicos, considerando el costo del equipamiento y la eventual contaminación.

Otro problema que la literatura científica actual, centrada en resultados obtenidos en entornos de laboratorio, no aborda adecuadamente es la durabilidad y capacidad de regeneración del biochar.

Aunque algunos estudios de laboratorio informan una prometedora estabilidad electroquímica, la revisión encuentra que la durabilidad a largo plazo, la resistencia al ensuciamiento, el potencial de regeneración y el desempeño bajo condiciones industriales realistas siguen siendo insuficientemente estudiados.

Otra preocupación no resuelta es la falta de homogeneidad en las características del biochar. Existen innumerables variaciones, derivadas de diferentes materias primas de biomasa, condiciones de pirólisis y tratamientos posteriores del biochar.

Así, aunque algunas fórmulas son prometedoras, aún falta un método de prueba claro o un proceso de certificación que garantice la calidad del producto final, y será necesario para aplicaciones industriales a gran escala.

“Superar estas dificultades requiere iniciativas colaborativas que incluyan legislación gubernamental, inversión industrial e investigación académica. Los responsables de políticas deben proporcionar marcos de apoyo que fomenten la innovación, la comercialización y el uso a largo plazo del biochar en los sectores energético, ambiental y agrícola.”

Sin embargo, el potencial de escalar de una vez biomasa de bajo valor, capturar carbono y reducir el costo del hidrógeno verde, sin requerir elementos raros, hace que esta tecnología sea muy atractiva.

Los estudios de laboratorio han demostrado el potencial técnico de los nanomateriales de carbono derivados del biochar, pero sus resultados no siempre pueden compararse directamente porque las condiciones de prueba y los métodos de reporte difieren. Los próximos pasos son estandarizar la producción y las pruebas de desempeño, validar la durabilidad a largo plazo, completar evaluaciones de ciclo de vida y tecno‑económicas, y avanzar con los candidatos más prometedores hacia proyectos piloto industriales.

Inversión en hidrógeno verde

Plug Power

Plug Power (PLUG ) provee pilas de combustible, electrolizadores, equipos de almacenamiento de hidrógeno, infraestructura de repostaje y servicios de producción de hidrógeno. La empresa afirma haber desplegado más de 74 000 sistemas de pilas de combustible y más de 280 estaciones de repostaje, mientras que sus electrolizadores se han instalado en seis continentes.

Plug también sigue siendo una inversión especulativa. Ha ampliado sus operaciones de producción de hidrógeno y electrolizadores, pero continúa enfrentando riesgos financieros, de ejecución, de financiación y de comercialización. Los avances que reduzcan los costos de producción de hidrógeno podrían ampliar su mercado direccionable, pero por sí solos no resolverían los desafíos financieros de la compañía.

Source: Plug Power

Su relevancia para esta investigación proviene principalmente de su negocio de electrolizadores. Plug fabrica electrolizadores de membrana de intercambio protónico, una tecnología que actualmente depende de catalizadores de metales del grupo del platino. Si los materiales derivados del biochar o los híbridos carbono‑metal reducen eventualmente los requisitos de catalizador, mejoran el rendimiento de los electrodos o disminuyen los costos del sistema, los fabricantes de electrolizadores podrían beneficiarse de esas mejoras.

Sin embargo, los materiales de biochar revisados siguen en fase de laboratorio, y no hay indicios de que Plug Power los utilice actualmente o tenga planes de hacerlo. Por lo tanto, la compañía debe considerarse una exposición downstream a la expansión más amplia del hidrógeno verde, más que una exposición directa a catalizadores derivados del biochar.

Source: Plug Power

(Puedes leer más sobre Plug Power en nuestro informe de inversión dedicado a la compañía.)

Últimas noticias y desarrollos de acciones de Plug Power (PLUG)

Estudio referenciado

^{1. Vishal Rajput. Nanomateriales de carbono derivados del biochar para la producción sostenible de hidrógeno: Síntesis, desempeño electrocatalítico y perspectiva futura. Next Energy. Volumen 13, octubre 2026, 100995. https://doi.org/10.1016/j.nxener.2026.100995}