- -
UPV
 

Una revolució en la investigació energètica

Un equip investigador de la UPV i el CSIC ha descobert un mètode que transforma l'electricitat en hidrogen o productes químics, aplicant exclusivament microones de potència

[ 04/11/2020 ]

Un equip investigador de la Universitat Politècnica de València i el Consell Superior d’Investigacions Científiques ha descobert un nou mètode que permet transformar l'electricitat en hidrogen o productes químics, aplicant amb aquesta finalitat exclusivament microones de potència, sense cables i sense cap contacte amb elèctrodes. Es tracta d'una revolució en el camp de la investigació energètica i un avanç clau per al procés de descarbonització industrial, així com per al futur de sectors com el de l'automoció o la indústria química, entre molts altres. D'aquest fet es fa ressò l'últim número de la revista Nature Energy, on es descriu el descobriment.

La tecnologia desenvolupada i patentada per la UPV i el CSIC es basa en el fenomen de la reducció per microones de materials sòlids. Gràcies a aquesta, és possible realitzar processos electroquímics directament en volum i sense necessitat d'elèctrodes, la qual cosa simplifica i abarateix substancialment la seua aplicació pràctica, en tenir molta més llibertat en el disseny de l'arquitectura del dispositiu i en l'elecció de les condicions d'operació, principalment la temperatura.

“Es tracta d'una tecnologia amb un potencial pràctic enorme, especialment per al seu ús en l'emmagatzematge d'energia i la producció de combustibles sintètics i productes químics verds. Aquest aspecte té ara mateix una rellevància transcendental, perquè tant el transport com la indústria estan immersos en una transició per a descarbonitzar-se, és a dir, han de complir uns objectius molt exigents entre el 2030 i el 2040 per a reduir el consum d'energia i de matèries procedents de fonts fòssils, principalment de gas natural i petroli”, destaca José Manuel Serra, professor d'investigació del CSIC a l'Institut de Tecnologia Química.

Hidrogen verd per a ús industrial i transport

L'aplicació principal d'aquesta revolucionària tecnologia que ha estudiat el personal investigador de l'Institut de Tecnologies de la Informació i les Comunicacions (ITACA) de la UPV i de l'Institut de Tecnologia Química (ITQ), centre mixt de la UPV i el CSIC, és la producció d'hidrogen verd (produït sense emetre gasos d'efecte d'hivernacle) a partir d'aigua, per a ús industrial i transport.

Segons apunta l'equip de l’ITQ i l’ITACA, es tracta d'una tecnologia amb un gran potencial per al sector de l'automoció, en concret per als cotxes alimentats per piles de combustible i híbrids, o els grans vehicles com ara trens o vaixells. Però també per a la indústria química, la metal·lúrgia, el sector ceràmic o la producció de fertilitzants, entre molts altres sectors. “Aquest mètode farà possible la transformació d'electricitat renovable, típicament d'origen solar o eòlica, en productes de valor afegit i combustibles verds. Les seues aplicacions són innombrables i esperem que sorgisquen nous usos en l’emmagatzematge d'energia, el desenvolupament de nous materials i la producció química”, destaca José Manuel Catalá, investigador de l'Institut ITACA de la UPV.

En l'article publicat en Nature Energy, l’equip investigador ofereix, a més, un estudi tècnic i econòmic que demostra que amb aquesta tecnologia es poden aconseguir eficiències energètiques elevades i que els costos de les instal·lacions per a desenvolupar el procés de producció d'hidrogen són molt competitius respecte als de les tecnologies convencionals.

Recàrrega ultraràpida de bateries… i exploració espacial

L'equip de la UPV i el CSIC estudia altres aplicacions futures d'aquesta tecnologia i centra ara els esforços en el seu ús per a la recàrrega ultraràpida de bateries. “La nostra tecnologia podria fer possible la reducció pràcticament instantània de tot el volum de l'elèctrode (ànode metàl·lic) en el qual s'emmagatzema l'energia. En altres paraules, passaríem d'un procés de càrrega progressiu capa a capa, que pot comportar hores, a un procés simultani en tot el volum de l'electròlit, la qual cosa permetria carregar una bateria en pocs segons”, apunta José Manuel Catalá.

Una altra aplicació seria la generació directa d'oxigen amb microones, la qual cosa obri un ampli camp de noves aplicacions. “Un ús específic seria la producció directa d'oxigen amb roques extraterrestres, que podria tenir un paper important en la futura exploració i colonització de la Lluna, Mart o altres cossos rocallosos del sistema solar”, conclou José Manuel Serra.

Un poc d'història del descobriment

L'equip investigador va observar que quan s'estaven processant materials iònics amb microones, els materials mostraven canvis inusuals en les seues propietats, especialment en la conductivitat electrònica, canvis que no succeïen quan es calfaven de manera convencional. “La nostra curiositat per entendre aquests canvis bruscos de les seues propietats elèctriques ens va fer continuar aprofundint, dissenyar nous experiments, nous reactors de microones i aplicar altres tècniques analítiques”, explica José Manuel Catalá.

L'equip dels instituts ITACA i ITQ va comprovar que les microones interactuen amb aquests materials accelerant els electrons i donant lloc a l'alliberament de molècules d'oxigen de la seua estructura (el que també es denomina reducció). Aquest canvi es manifestava precisament amb alteracions brusques de la conductivitat a temperatures relativament baixes (~300 °C). “Aquest estat de semiequilibri es manté mentre s'apliquen microones, però tendeix a revertir-se a través de la reoxigenació (reoxidació) quan deixen d'aplicar-se les microones. De seguida ens vam adonar de l'enorme potencial pràctic que tenia aquest descobriment, especialment en una conjuntura com l'actual de progressiva descarbonització, necessària per a aconseguir l'objectiu que la Unió Europea siga climàticament neutra el 2050, una economia amb zero emissions netes de gasos d'efecte d'hivernacle”, conclou José Manuel Serra.

Referència

Serra, J. M., Borrás-Morell, J. F., García-Baños, B. i al. Hydrogen production via microwave-induced water splitting at low temperature. Nat Energy (2020). https://doi.org/10.1038/s41560-020-00720-6

Més informació

Notícies destacades


LocKeep, innovació contra la COVID-19 LocKeep, innovació contra la COVID-19
Estudiants de la UPV dissenyen un dispositiu que aïlla qualsevol habitació en minuts
11è rector de la UPV 11è rector de la UPV
Pepe Capilla, amb el 52,11% del vot ponderat, es proclama guanyador de les eleccions en segona volta
De mans del rei Felip VI De mans del rei Felip VI
José Capmany rep el Premi Nacional d'Investigació 2020 en l'àrea d'Enginyeries
"Visca Berlanga" "Visca Berlanga"
Professorat i personal llicenciat UPV han participat en el disseny i posada en escena de l'exposició dedicada al director de cinema
RuralLife4Good RuralLife4Good
Estudiants de la UPV creen un programa per a subvencionar habitatge per a joves en entorns rurals a canvi de col·laborar en el seu desenvolupament
Cooperació al desenvolupament amb segell UPV Cooperació al desenvolupament amb segell UPV
Una alumna de la UPV dissenya i construeix un parc infantil en Heranjal (L'Índia)

EMAS upv