Grupo de Ingeniería Química y Ambiental

Producción de Hidrógeno

El actual sistema energético mundial debe afrontar dos grandes retos para los próximos años: la sustitución de los combustibles fósiles (carbón, petróleo y gas natural) y la reducción de las emisiones de CO2 y otros gases de efecto invernadero. Ante este panorama, el hidrógeno se postula como un vector energético de gran potencial futuro ya que su utilización con fines energéticos es un proceso limpio en el que se forma agua como único producto. La energía almacenada en el hidrógeno se puede aprovechar directamente o transformar en electricidad mediante pilas de combustible o motores de combustión de alta eficiencia. Sin embargo, el hidrógeno no es una fuente de energía primaria y se ha de producir a partir de compuestos como el gas natural, hidrocarburos ligeros o el agua. Entre los procesos descritos para dicha producción, las líneas de investigación que desarrolla el Grupo de Ingeniería Química y Ambiental son fundamentalmente las siguientes:

Descomposición fotocatalítica de agua
Mediante el empleo de materiales semiconductores que absorben energía radiante, denominados fotocatalizadores, es posible escindir la molécula de agua en H2 y O2 de modo que el proceso está libre de emisiones de CO2. El Grupo de Ingeniería Química y Ambiental trabaja en el desarrollo de fotocatalizadores, principalmente basados en dióxidos de titanio, altamente eficientes y activos en la región del espectro visible. Asimismo, se trabaja en el estudio del efecto en el rendimiento del proceso de diferentes variables de operación, tales como el empleo de agentes de sacrificio y/o aditivos.

Descomposición de agua mediante ciclos termoquímicos
Los ciclos termoquímicos se basan en la disociación de la molécula de agua a través de reacciones redox con óxidos metálicos, de forma que las moléculas de oxígeno e hidrógeno son liberadas en etapas diferenciadas. Una de las limitaciones que presenta dicho proceso radica en las elevadas temperaturas requeridas, por lo que el Grupo de Ingeniería Química y Ambiental ha centrado su investigación, dentro de este campo, en el desarrollo de sistemas redox que operen de forma eficiente a temperaturas más moderadas.

Descomposición termocatalítica de metano u otros hidrocarburos ligeros
La descomposición o descarbonización de hidrocarburos ligeros, como el metano, permite la obtención de hidrógeno de alta pureza sin emisiones de CO2, puesto que se obtiene carbono sólido como co-producto de la reacción. El empleo de catalizadores permite reducir drásticamente las elevadas temperaturas requeridas cuando dicha descarbonización tiene lugar por vía térmica. Dentro de este campo, el Grupo de Ingeniería Química y Ambiental trabaja en el estudio de la aplicación de catalizadores carbonosos como alternativa a los catalizadores metálicos ya que estos últimos presentan como principal limitación su rápida desactivación por la formación de depósitos de coque.

Reformado catalítico de compuestos obtenidos en procesos de conversión de biomasa, con aumento del rendimiento en hidrógeno en reactores de membrana
Los residuos agroforestales y de naturaleza oleaginosa (aceites de fritura, grasas animales no comestibles…) ofrecen una alternativa para la obtención de hidrógeno, con balance global de emisiones de CO2 nulo. El reformado con vapor de agua es un proceso de gran versatilidad que se puede aplicar a materias primas muy diversas, como los bioalcoholes, los productos de pirólisis de biomasa o los polioles obtenidos como subproductos de la obtención de biodiésel. Por otro lado, la reacción de desplazamiento de gas de agua (water-gas shift, WGS) permite reducir o eliminar el CO generado en el anterior proceso, incrementando la proporción de H2. El principal reto en esta línea reside en el desarrollo de sistemas catalíticos más activos y selectivos hacia la formación de hidrógeno. Además, el empleo de reactores de membrana densa permeoselectiva permite la separación del H2 formado en las anteriores reacciones, con el consecuente aumento del rendimiento.

Proyectos de investigación financiados en los últimos años:

Aprovechamiento térmico de la energía solar de manera gestionable, eficiente y modular en sistemas de alta concentración (SOLGEMAC).

Entidad Financiadora: Comunidad de Madrid; Programa de actividades de I+D entre grupos de investigación y laboratorios en Tecnologías (Coordinado por la Fundación IMDEA Energía).

  • Año de Inicio: 2010
  • Año de Terminación: 2013

Nuevos materiales para la producción y almacenamiento de hidrógeno a partir de carbón y biomasa sin emisiones de CO2.

Entidad Financiadora: Ministerio de Ciencia e Innovación

  • Año de Inicio: 2010
  • Año de Terminación: 2012

Producción de combustibles limpios para transporte a partir de residuos agroforestales y oleaginosos (RESTOENE).

Entidad Financiadora: Comunidad de Madrid; Programa de Investigación entre Grupos

  • Año de Inicio: 2010
  • Año de Terminación: 2013

Desarrollo de catalizadores y membranas para la obtención de hidrógeno a partir de bioalcoholes.

Entidad Financiadora: Ministerio de Educación y Ciencia

  • Año de Inicio: 2011
  • Año de Terminación: 2013

Producción de hidrógeno y combustibles líquidos mediante procesos termoquímicos a partir de microalgas

Entidad Financiadora: Ministerio de Economía y Competitividad

  • Año de Inicio: 2014
  • Año de Terminación: 2016

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