Dos rutas experimentales para producir hidrógeno: resultados y límites

El hidrógeno puede almacenar energía y servir en aplicaciones difíciles de electrificar, como ciertos procesos químicos o metalúrgicos. Cuando se utiliza no contiene carbono, pero su impacto climático depende de cómo se produce, comprime, transporta y convierte. La electrólisis con electricidad de bajas emisiones es una vía posible, aunque su coste y eficiencia dependen del electrolizador, la electricidad y los materiales catalíticos.

Dos estudios publicados en 2024 y 2025 examinan rutas diferentes: un electrocatalizador de cobalto y tungsteno cuya superficie activa cambia durante la reacción de evolución de oxígeno, y un proceso que combina electroquímica y microorganismos para recuperar productos del lodo de depuradora. Ambos son resultados de laboratorio y todavía no demuestran producción comercial de hidrógeno a gran escala.

La reacción de evolución de oxígeno

En la electrólisis del agua, la reacción de evolución de hidrógeno produce H₂ y la reacción de evolución de oxígeno (OER) produce O₂. La OER suele requerir una sobretensión importante y puede limitar la eficiencia del sistema. Los electrolizadores de membrana de intercambio aniónico y de membrana de intercambio de protones no usan necesariamente los mismos materiales ni funcionan en las mismas condiciones.

Fuente: SpectroInlet

Los catalizadores pueden perder actividad por cambios de fase, disolución, corrosión, desprendimiento del soporte o contaminación. Los metales del grupo del platino son caros, pero el coste no es el único criterio: también importan la actividad, la vida útil, la carga de material, la estabilidad del soporte y el rendimiento del dispositivo completo.

Catalizador de óxido de cobalto y tungsteno

El trabajo Self-optimizing Cobalt Tungsten Oxide Electrocatalysts toward Enhanced Oxygen Evolution in Alkaline Media fue realizado por investigadores de Alemania y China y publicado en Angewandte Chemie. El equipo depositó una aleación de cobalto y tungsteno sobre un sustrato de óxido de cobre con microestructuras similares a flores.

Fuente: Angewandte Chemie

Los análisis mediante espectroscopia fotoelectrónica de rayos X, ATR-FTIR y Raman mostraron cambios de estado químico durante la operación. Con el tiempo, el papel electroquímicamente activo se desplazó de sitios asociados al tungsteno hacia sitios de cobalto, mientras la superficie se hizo más hidrófila.

Fuente: Angewandte Chemie

En las condiciones ensayadas, los autores observaron menores sobretensiones, mayores densidades de corriente y una cinética OER más rápida después de la activación. La expresión “autooptimización” describe esa evolución medida; no significa que el material se repare indefinidamente ni que mejore en cualquier electrolizador o escala.

Antes de una aplicación industrial hacen falta ensayos prolongados a densidades de corriente relevantes, ciclos de parada y arranque, mediciones de disolución de metales, reproducibilidad entre lotes, integración en electrodos de gran superficie y un análisis completo de coste. El estudio proporciona un mecanismo y una estrategia de fabricación, no un electrolizador comercial terminado.

Convertir lodo de depuradora en productos

Un segundo estudio, Solar-driven sewage sludge electroreforming coupled with biological funnelling to cogenerate green food and hydrogen, combinó tratamiento químico, electroreformado y cultivo de cianobacterias. El objetivo fue recuperar carbono orgánico del lodo en lugar de limitarse a incinerarlo o enviarlo a vertedero.

El proceso licua primero el lodo y separa metales pesados de la fracción orgánica. Después, electrodos especializados convierten parte de esa materia en ácido acético e hidrógeno. Por último, microorganismos fotosintéticos utilizan compuestos restantes para producir proteína unicelular destinada a una posible evaluación como ingrediente de alimentación animal.

Fuente: Nature Water

Los autores informaron una recuperación del 91,4% del carbono orgánico y una conversión del 63% en proteína unicelular dentro de su sistema experimental. Las reducciones declaradas del 99,5% en emisiones y del 99,3% en uso de energía proceden de la comparación y los límites del análisis del estudio. No prueban que toda planta real sea “cero carbono” o carbono negativa.

La electricidad solar también tiene impactos de fabricación e infraestructura, y el balance depende del origen de la energía, el transporte, la composición variable del lodo, los reactivos, el secado y el destino de los coproductos. La retirada de metales pesados no elimina automáticamente patógenos, contaminantes persistentes ni requisitos regulatorios para alimentos o piensos.

Qué pueden aportar estas rutas

Los electrocatalizadores sin grandes cantidades de metales preciosos podrían reducir una parte del coste de la electrólisis, pero el precio final del hidrógeno depende sobre todo de la electricidad, la utilización de la planta, el coste de capital, la eficiencia y la logística. Del mismo modo, valorizar residuos puede mejorar el balance económico si los insumos son constantes y los productos cumplen especificaciones.

No existe una única fuente que vaya a dominar todos los usos. La comparación debe incluir emisiones de ciclo de vida, consumo de agua, pureza, presión de salida, vida del equipo y alternativas directas de electrificación. Producir hidrógeno para un uso que puede electrificarse con mayor eficiencia no siempre es la mejor opción.

Empresa relacionada con el tungsteno: Almonty Industries

El tungsteno también se utiliza en herramientas, defensa, electrónica y aleaciones de alta temperatura. Almonty Industries (ALM ) desarrolla y opera activos mineros de tungsteno, incluido el proyecto Sangdong en Corea del Sur. La empresa no participó en los dos estudios y no es una inversión directa en el catalizador descrito.

Fuente: Almonty

La exposición de Almonty depende de la puesta en marcha y el aumento de producción, las leyes del mineral, la recuperación, los costes, la financiación, los contratos de compra, los precios del tungsteno, los permisos y la concentración geográfica de la oferta. Las anteriores afirmaciones de beneficio prácticamente garantizado por precios mínimos y costes previstos confundían un contrato y una estimación de proyecto con un resultado seguro.

Fuente: Almonty

Las restricciones comerciales y la búsqueda de suministro fuera de China pueden apoyar la demanda, pero también cambian con la política y el ciclo industrial. Los inversores deben revisar los informes más recientes de la empresa en lugar de usar cifras de mercado o calendarios de construcción incluidos en una versión antigua del artículo.

Conclusión

El catalizador de cobalto-tungsteno ofrece evidencia útil sobre cómo una superficie OER puede reorganizarse y ganar actividad durante el funcionamiento. El proceso de lodos muestra una integración prometedora de electroquímica y biología para recuperar hidrógeno, ácido acético y proteína. Ninguno de los dos resultados demuestra todavía coste, durabilidad, seguridad y rendimiento a escala comercial.

Los siguientes pasos decisivos son pruebas más largas y grandes, balances de masa y energía independientes, control de contaminantes, comparación con tecnologías existentes y análisis económico bajo condiciones reales.

^{Referencias: 10.1002/anie.202424074; 10.1038/s44221-024-00329-z.}