Electrolizadores alcalinos para la producción de H₂ verde: avances en la eficiencia del electrolizador Nitro D-Cell

La producción de hidrógeno verde se enfrenta a un reto clave: reducir el coste energético del proceso de electrólisis. En este contexto, el proyecto Nitro D-Cell está desarrollando un nuevo electrolizador alcalino capaz de aprovechar compuestos nitrogenados como la urea que están presentes en aguas residuales, para producir H₂ de forma más eficiente y económica. Dicha idea aparece esquematizada en la figura 1.

Frente a la reacción de evolución de oxígeno (OER) convencional, la reacción de oxidación de urea (UOR, por sus siglas en inglés, Urea Oxidation Reaction) presenta ventajas termodinámicas relevantes como se indica en la figura 2: el potencial teórico necesario es inferior (0.37 V frente a 1.23 V), lo que se traduce en un menor consumo energético por unidad de hidrógeno producido. Además, la urea es un compuesto abundante presente en efluentes agrícolas, industriales y urbanos, lo que plantea la posibilidad de integrar la producción de energía limpia con el tratamiento de aguas residuales. Otros compuestos similares a la urea como la tiourea o la guanidina tienen el mismo potencial, por lo que son el objetivo de estudio en este proyecto para desarrollar la tecnología Nitro D-Cell.

Para evaluar el rendimiento del electrolizador desarrollado, se llevó a cabo un estudio de degradación de urea bajo condiciones controladas en un sistema integrado por un electrolizador con electrodos adaptados, como se muestra en la figura 3, para sacar el mejor rendimiento donde se monitorizó la respuesta eléctrica y el volumen de producción de hidrógeno.

Figura 3. Prototipo de pruebas de Nitro D-Cell

Los datos obtenidos que se muestran en la Tabla 1 reflejan la tendencia de degradación que permite entender la cinética del reactor. En cuanto a los valores de eficiencia de la oxidación de la urea, se observa una disminución con el tiempo, lo cual es coherente con la degradación progresiva de la urea en el medio y con la aparición de reacciones competitivas. A pesar de este efecto, se mantiene una fracción elevada de corriente dedicada a la conversión del compuesto nitrogenado, lo que indica un buen acoplamiento entre el diseño del electrolizador y la cinética de la reacción.

El carácter prometedor de estos hallazgos ha impulsado la continuación de las investigaciones dentro del proyecto Nitro D-Cell. Actualmente, los esfuerzos se centran en la evaluación de otros electrolitos que contienen derivados nitrogenados de la misma familia química que la urea. El objetivo, tal y como se describe en la figura 4, es identificar compuestos que permitan mejorar aún más la eficiencia del proceso, facilitando así la degradación de residuos nitrogenados mientras se produce hidrógeno verde de forma más sostenible y económica.

Nitro D-Cell no solo está desarrollando un electrolizador; está proponiendo un modelo de economía circular. Como se indica en la figura 5, al limpiar efluentes ricos en compuestos orgánicos nitrogenados y producir energía limpia simultáneamente, el proyecto se sitúa a la vanguardia de la tecnología electroquímica industrial. Los próximos meses serán decisivos para determinar qué derivados nitrogenados ofrecen el mejor balance entre degradación y rendimiento energético.

Figura 5. Implantación del proyecto Nitro D-Cell en la industria.

Financiación del proyecto

El proyecto ha sido acogido dentro del Programa de incentivos 4: retos de investigación básica-fundamental de IDAE. Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía en el marco del Plan de Recuperación, Transformación y Resiliencia. Financiado por la Unión Europea – NextGenerationEU.

Artículo de Víctor Dato (GFM Fotovoltaica); Sergio Luján (GFM Fotovoltaica); Jesús Martín-Borja (GFM Fotovoltaica); Francisco Fueyo-González (HFC); María Cuartero-González (Instituto IMDEA Energía); Julio J. Lado (Instituto IMDEA Energía); Enrique García-Quismondo (Instituto IMDEA Energía); Jesús Palma (Instituto IMDEA Energía).