Conmoción en la ciencia española: investigadores en Alicante imprimen en 3D un catalizador que mejora la purificación del hidrógeno

Un equipo del Departamento de Química Inorgánica y del Instituto Universitario de Materiales (IUMA) de la Universidad de Alicante ha desarrollado un catalizador fabricado mediante impresión 3D que mejora de forma significativa la purificación del hidrógeno. La innovación reduce la dependencia de metales nobles y abarata el proceso sin sacrificar rendimiento.

A su vez, el sistema ha sido validado en laboratorio con prototipos funcionales que superan en resultados a los catalizadores tradicionales. El Servicio de Transferencia de Resultados de Investigación (OTRI) de la UA ya busca empresas interesadas en licenciar o desarrollar conjuntamente la tecnología.

El catalizador de cobre impreso en 3D que redefine la purificación de hidrógeno

La investigadora Ramón y Cajal del IUMA, Arantxa Davó, resume la clave del avance: «A diferencia de los catalizadores convencionales, en los que gran parte del material actúa únicamente como soporte, en este sistema toda la estructura de cobre participa en la reacción catalítica».

El resultado es una mayor superficie activa y la posibilidad de trabajar con reactores de menor tamaño.

La estructura parte de una base metálica de cobre con canales internos diseñados mediante impresión tridimensional. Sobre esa base se generan una capa de óxido de cobre y una fase dispersa de óxido de cerio, dos componentes que trabajan en conjunto para catalizar la reacción con una eficiencia que los diseños anteriores no alcanzan.

Los ensayos en laboratorio confirman una mayor conversión de monóxido de carbono y una temperatura de inicio de reacción más baja. Ambos son indicadores directos de un mejor comportamiento catalítico frente a los sistemas convencionales.

¿Qué es lo que hace especial a este diseño frente a los sistemas clásicos?

La fabricación aditiva permite diseñar geometrías internas complejas, optimizadas para maximizar el contacto entre los reactivos y el material activo. Cada canal puede adaptarse a la aplicación concreta sin las limitaciones que impone la producción tradicional.

A eso se suma una ventaja económica. El cobre, frente a los metales nobles habituales en catálisis (platino, paladio o rodio), es un material abundante y de coste relativamente bajo.

Esa combinación (diseño avanzado más materiales accesibles) recorta el coste global del catalizador sin comprometer el rendimiento.

El equipo firmante, además de Davó, incluye a los catedráticos del Departamento de Química Inorgánica Dolores Lozano y Agustín Bueno, y los investigadores Franz López, Katia Gómez, Iván Martínez y José C. Martínez.

El problema del monóxido de carbono: tóxico para el proceso y para el planeta

Uno de los obstáculos más serios en la producción de hidrógeno a partir del reformado de hidrocarburos es la presencia de monóxido de carbono (CO). Recordemos que este gas tóxico aparece mezclado con el hidrógeno y debe eliminarse antes de usarlo en tecnologías sensibles como las pilas de combustible.

El catalizador desarrollado en Alicante oxida el CO sin consumir el hidrógeno en el proceso. Davó lo describe como «un aspecto fundamental para aplicaciones energéticas avanzadas o sistemas de pilas de combustible que, por ejemplo, alimentan los automóviles».

Sin esa selectividad, parte del hidrógeno se perdería en la reacción y el rendimiento caería.

Este punto es especialmente relevante para las pilas de combustible: dispositivos que transforman el hidrógeno en electricidad y que exigen un combustible de alta pureza para funcionar con garantías. Cualquier traza de CO deteriora la pila y acorta su vida útil.

¿Por qué este avance alicantino es clave para conseguir la purificación de hidrógeno a escala real?

La tecnología desarrollada por estos flamantes investigadores alicantinos tiene aplicaciones inmediatas en varios frentes industriales, detallados a continuación:

• Purificación de hidrógeno en plantas de reformado de hidrocarburos.
• Pretratamiento de gases para sistemas de pilas de combustible.
• Control de emisiones en la industria química y petroquímica.
• Procesos vinculados a la producción de combustibles sostenibles.

La invención está protegida mediante solicitud de patente y el OTRI de la Universidad de Alicante trabaja ya en la búsqueda de socios industriales para licenciarla o desarrollarla en colaboración tecnológica.

El mercado global del hidrógeno movió más de 130.000 millones de dólares en 2023 y las proyecciones del sector lo sitúan por encima del medio billón antes de 2050. La eficiencia en la purificación es uno de los factores que más incide en el coste final del kilogramo de hidrógeno limpio.