Una nueva tecnología de espumas de óxido de hierro dopadas con aluminio y titanio puede revolucionar la producción de hidrógeno verde de pureza ultra alta. Esta innovación nanotecnológica soluciona los problemas de degradación que afrontan los materiales utilizados hasta ahora. El aluminio aporta estabilidad térmica y el titanio potencia la capacidad de reducción del hierro. Además, gracias a su diseño poroso y robusto, el sistema es escalable industrialmente, lo que permitirá transformar biocombustibles en energía limpia para frenar el cambio climático.
En nuestra lucha global contra el cambio climático, el hidrógeno se ha posicionado como el combustible del futuro. Sin embargo, producirlo de forma limpia, eficiente y a gran escala sigue siendo un reto tecnológico monumental. Junto a un equipo internacional de investigadores hemos desarrollado una solución innovadora: el uso de “espumas” cerámicas avanzadas que producen hidrógeno de pureza ultraalta y generan gas de síntesis (syngas), una mezcla de gases combustibles que supone un recurso valioso para la industria química.
Tradicionalmente, la producción de hidrógeno mediante el proceso de “hierro-vapor” (donde el hierro reacciona con agua para liberar hidrógeno) se enfrenta a dos grandes obstáculos. Por un lado, las partículas de hierro tienden a pegarse entre sí, a aglomerarse debido al calor y, además, los iones metálicos migran hacia la superficie creando una capa densa e inactiva que detiene la reacción. Estos fenómenos limitan drásticamente la vida útil de los materiales y su eficiencia.
Un enfoque pionero
Nuestra investigación destaca por un enfoque pionero, la incorporación de la nanotecnología para el desarrollo de espumas de óxido de hierro (hematita) mediante la técnica de freeze-casting o moldeo por congelación. Este proceso crea una estructura porosa que permite a los gases fluir libremente, maximizando el contacto con el material sólido y eliminando las caídas de presión que suelen arruinar los reactores industriales de polvo para la producción de hidrógeno, en los que el material sólido se encuentra en forma de polvo de partículas.
Lo más destacado de la innovación es la química del material. Las espumas que hemos desarrollado están fabricadas a partir de polvos nanométricos dopados estratégicamente con aluminio (Al) y titanio (Ti). El aluminio actúa como un estabilizador térmico, evitando que la estructura se degrade con los ciclos de calor. Y el titanio, en forma de óxido (TiO₂), juega un papel crucial, ya que aumenta la movilidad del oxígeno dentro de la hematita y crea “vacantes” en la estructura atómica. Esto facilita que el material libere y capture oxígeno de forma mucho más rápida y eficiente, evitando que se forme esa capa densa en la superficie que asfixia la reacción.
Un proceso de dos pasos
El sistema opera en dos pasos, utilizando bioetanol (un combustible renovable) como motor del ciclo. El primer paso consiste en la reducción. En ella, el bioetanol entra en contacto con la espuma, extrayendo el oxígeno del hierro. En este paso, casi la totalidad del etanol se convierte en un gas de síntesis de alta calidad, listo para fabricar otros combustibles verdes como el metanol.
El segundo paso consiste en la oxidación. Se introduce vapor de agua sobre el hierro reducido y el metal “roba” el oxígeno del agua para volver a su estado original, liberando hidrógeno con una pureza del 99,999 %. Esta pureza es tan extrema que el hidrógeno puede usarse directamente en pilas de combustible (PEMFC) sin procesos de limpieza adicionales.
Escalado industrial
El estudio plantea además la posibilidad de una escalado industrial. A diferencia de los polvos finos, que son difíciles de manejar en grandes reactores, estas espumas son estructuras robustas que permiten una distribución de temperatura uniforme y rápida, lo que representa un paso fundamental para lograr elevar esta tecnología a nivel industrial.
Esta investigación es parte del proyecto PID2021-123010OB-I00 financiado por MCIU/AEI/10.13039/501100011033 y por “ERDF/EU”.
Agradecemos además al proyecto TED2021-129920B-C41-C42-C43-C44 financiado por MCIU/AEI/10.13039/501100011033 y por “European Union NextGenerationEU/PRTR”. A la EuropeanUnion–NextGenerationEU bajo el National Recovery and Resilience Plan (NRRP), Mission 4 Component 2 Investment 1.3–Call con el No.1561of 11.10.2022 del Ministero dell’Università a della Ricerca(MUR), y a la Universidad de Sevilla, en su programa VII Plan Propio de Investigación por sus valiosas contribuciones a la realización de este estudio.
Referencia:
M. Damizia, P.J. Lloreda-Jurado, P. De Filippis, B. de Caprariis, E. Chicardi, Krishnakumar Balu, J. Hernandez-Saz, R. Sepúlveda, Sustainable co-production of syngas and high-purity H₂ by chemical looping process with TiO₂/Al₂O₃-doped Fe₂O₃ foams as oxygen carrier. Journal of Environmental Chemical Engineering. April 2026. Article: 121397. Volume 14, Issue 2. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jece.2026.121397.
Autores del artículo divulgativo:
Ranier Sepúlveda
Universidad de Sevilla
Martina Damizia
Sapienza University of Rome
Fuente: Scientias
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