Científicos españoles revientan las leyes de la física: crean en Madrid un material que mejora un 800% la separación de hidrógeno

Un estudio liderado por el Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid, del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (ICMM-CSIC), ha desarrollado una nueva membrana de separación de gases que multiplica por 10 la eficiencia en la purificación de hidrógeno. El trabajo, publicado en Journal of Membrane Science, reduce de manera significativa la generación de residuos tóxicos y tiene un gran potencial para la industria petroquímica, una de las principales consumidoras de hidrógeno. Gracias a esta membrana, las empresas del sector podrían aumentar la pureza del hidrógeno con un ahorro considerable de tiempo y costes, simplificar procesos industriales complejos y reducir el consumo energético de separación de gases.

El sistema de purificación de aire y separación de gases se basa en membranas, ya que estas «tienen requerimientos energéticos bajos, además de una simplicidad operativa y capacidad de operar de forma continua», explica Eva Maya, investigadora en el ICMM-CSIC y líder del trabajo. Cabe señalar que este tipo de soluciones se alinea con las políticas europeas recogidas en la Estrategia del Hidrógeno de la Unión Europea, que promueve el desarrollo de tecnologías más limpias y eficientes para avanzar en la transición energética.

La membrana que mejora el proceso de separación de hidrógeno

El equipo de investigación ha mejorado las membranas comerciales, basadas en polisulfona (un tipo de termoplástico) gracias a que les han añadido un componente poroso: «aprovechamos esos poros, sus huecos, para discriminar entre las moléculas del gas, dejando que pasen las pequeñas», explica la investigadora. Además, el estudio destaca por la fórmula utilizada para crear el componente poroso incorporado a la membrana, desarrollado mediante una nueva técnica de síntesis conocida como mecanoquímica, que reduce el consumo energético y resulta mucho más sostenible.

«La membrana debe aguantar la presión del hidrógeno al tiempo que debe tener un cierto componente elástico. Además, necesitamos que sea capaz de separar gases a la vez que permita una permeabilidad alta, es decir, un gran paso del gas que buscamos, en este caso el hidrógeno. Hemos aumentado la permeabilidad al hidrógeno más de un 800 %, y además mejorado la capacidad selectiva de la membrana en torno a un 30 %». destaca Maya.

Esto no sólo mejora la permeabilidad, sino que también incrementa la selectividad de la membrana en torno a un 30 %. De este modo, las nuevas membranas pueden retener gases más grandes, como el dióxido de carbono, y facilitar el paso de otros más ligeros, como el hidrógeno. En concreto, el material utilizado es la polisulfona, ampliamente conocida por su estabilidad y su estructura porosa, lo que mejora la capacidad de selección y filtrado de moléculas. Además, permite acortar los tiempos del proceso de purificación, reduciendo así el consumo energético y el uso de disolventes tóxicos.

Aunque su escalabilidad aún está por confirmarse, este material presenta un gran potencial para la industria petroquímica, que necesita procesos más eficientes para purificar hidrógeno, un elemento clave en la transición energética. «Nuestro enfoque resulta especialmente atractivo para aplicaciones industriales, ya que acorta los tiempos de síntesis de los materiales porosos y reduce el uso de disolventes tóxicos, contribuyendo así a disminuir los residuos peligroso. Además, podemos completar en tres horas un proceso que tradicionalmente requería tres días», subraya Maya.

Estrategia del Hidrógeno de la Unión Europea

Las empresas petroquímicas figuran entre las principales consumidoras de hidrógeno, ya que lo emplean para eliminar el azufre de los combustibles o en la producción de amoníaco. Sin embargo, gran parte de este H2 se ha obtenido tradicionalmente mediante procesos de purificación complejos y dependientes de combustibles fósiles. Con esta nueva membrana, podrían reducir su huella de carbono y avanzar en línea con los objetivos marcados por la Estrategia del Hidrógeno de la Unión Europea.

El 8 de julio de 2020, la Comisión Europea adoptó dos comunicaciones clave: «Impulsar una economía climáticamente neutra: «Una Estrategia de la UE para la Integración del Sistema Energético» y «Una estrategia del hidrógeno para una Europa climáticamente neutra». La primera plantea seis líneas de actuación para garantizar la eficiencia, resiliencia y seguridad del sistema energético del futuro, apostando por un modelo más circular basado en el principio de «la eficiencia energética primero», el uso de electricidad más limpia, el impulso de combustibles renovables y de bajas emisiones, así como mercados energéticos eficaces, infraestructuras adecuadas y un marco sólido de digitalización e innovación.

Por su parte, la estrategia del hidrógeno establece una hoja de ruta progresiva hasta 2050 para acelerar el desarrollo del hidrógeno limpio en tres fases. La primera, hasta 2024, se centra en su despliegue inicial cerca de los puntos de consumo; la segunda, hasta 2030, busca reducir costes y desarrollar infraestructuras; y, a partir de entonces, se prevé la madurez de estas tecnologías con una implantación a gran escala. En este contexto, la Alianza Europea por un Hidrógeno Limpio, creada en 2020, actúa como plataforma para coordinar inversiones entre industria, administraciones públicas y sociedad civil.