Jordi Llorca és director de Institut de Tècniques Energètiques i investigador del Centre de Recerca en Nanoenginyeria de la UPC. Fa unes setmanes va publicar a la revista Nature Chemistry els resultats d'un projecte a partir del qual es genera hidrogen a partir de llum solar i etanol. L'equip d'investigadors que lidera a la UPC, juntament amb científics de la University of Aberdeen (Escòcia) i la Universitat d'Auckland (Nova Zelanda) són els autors d'aquest avenç científic. Indaguem amb Llorca, què suposa aquesta fita i cap a on s'encaminen les noves investigacions per aprofitar aquest vector energètic.
El 96% de l'hidrogen prové dels combustibles fòssils: a partir del gas natural, de l'aire i amb un catalitzador es produeix hidrogen, i és una manera ràpida i barata de generar-lo, tot i que no gaire sostenible. Una altra manera de produir-lo, és a partir de l'electròlisi: aplicant electricitat a l'aigua s'aconsegueix la separació dels seus components, és a dir, oxigen i hidrogen. Un 4% de l'hidrogen creat es fa a través d'aquest procés, que és més car i que és sostenible, depenent de si l'electricitat necessària la generem a partir de recursos renovables.
El que hem aconseguit ara és generar hidrogen a partir de la llum solar i a partir d'un combustible renovable -el bioetanol-, sense necessitat d'electricitat ni de combustibles fòssils, per tant és un avenç interessant.
Com funciona la generació d'hidrogen a partir del mètode que han descobert?
A partir d'un fotocatalitzador, fet d'òxid de titani i nanopartícules d'or a la superfície, que introduïm en un recipient amb etanol i exposem a la llum solar, amb agitació, generem l'hidrogen.El procés és el següent: l'òxid de titani és un material semiconductor que genera electrons a partir de la llum solar. Les nanopartícules d'or que es troben a la superfície del fotocatalitzador retenen els electrons uns instants, i això fa que, mentrestant, el bioetanol reaccioni generant molècules d'hidrogen. En aquest cas és molt important destacar que el tipus d'interacció que s'estableix entre el semiconductor i les nanopartícules d'or és clau per al procés. També cal remarcar que treballem amb òxid de titani (TiO2) en format anatasa, que és cent vegades més efectiu que en format rutil.
Quins avantatges suposa aquesta troballa?
El principal avantatge és que generem hidrogen a partir d'una energia renovable: la llum solar. És un mètode de producció d'hidrogen sostenible. Un altre dels beneficis d'aquest mètode és que el catalitzador que utilitzem en el procés és relativament barat-perquè treballa en condicions suaus, a temperatura i pressió ambient- i això fa que la seva durabilitat sigui molt elevada, per tant, no cal destinar costos a renovar-lo constantment i fa que a llarg termini sigui més barat que altres catalitzadors. A més, es tracta d'un catalitzador totalment estable, la qual cosa implica que pot funcionar molt bé a nivell industrial.
Quins són els punts que cal millorar d'aquesta nova manera de generar hidrogen?
Hem de seguir treballant per millorar el rendiment del catalitzador, que encara és discret en comparació amb la generació d'hidrogen a partir d'energies fòssils. I per aconseguir això, hem de redissenyar el tipus de reactor: caldria aplicar enginyeria de reacció, treballar la seva geometria, per optimitzar-ne el disseny i fer que pogués recollir més quantitat de llum solar per unitat de superfície. També caldria aconseguir un abaratiment de la generació d'hidrogen a través d'aquest mètode: la producció d'hidrogen a partir del procés que presentem és encara avui més cara que la feta a partir de gas natural.
Quines aplicacions reals té avui l'hidrogen?
Hi ha tres aplicacions molt clares: d'una banda, les aplicacions estacionàries: (edificis i llars), les aplicacions mòbils (mitjans de transport) i les aplicacions portàtils (electrònica de consum).
(F)
I com funcionen?
En el cas de les aplicacions estacionàries estem parlant, per exemple, d'hospitals, estacions de bombers i policia: edificis que no es poden quedar sense llum perquè és de vital importància que la tinguin assegurada. L'hidrogen hi entra en joc a través de les piles de combustible- sistemes que funcionen directament amb gas natural de la xarxa i tenen una unitat annexa amb un catalitzador-que genera hidrogen (a partir del gas natural) i electricitat (a partir de la pila de combustible). D'aquesta manera l'electricitat d'aquests edificis no falla mai, perquè compta amb dues fonts diferents: la xarxa elèctrica, d'una banda, i la xarxa de gas natural, de l'altra. I així el subministrament elèctric es veu garantit.
També tenim les aplicacions mòbils...
Per altra banda, trobem les aplicacions mòbils, que serien els mitjans de transport. Ja l'any 2006, per tal de combatre la contaminació a la ciutat, es va crear el projecte europeu CUTE (Clean Urban Transport for Europe) que va posar en marxa autobusos amb hidrogen a Barcelona, Madrid i altres ciutats europees. Però aquí el problema és que fer funcionar vehicles amb hidrogen encara és massa car i a més a més cal destacar que encara no tenim una xarxa de distribució d'hidrogen dissenyada i habilitada. Si els taxis anessin amb hidrogen, com es recarregarien? El que sí que hi ha avui és la xarxa de gas natural muntada i la xarxa elèctrica. Jo crec que una de les aplicacions de l'hidrogen que veurem abans no serà en els cotxes, sinó en l'electrònica de consum.
Aquesta seria la tercera família d'aplicacions amb hidrogen: parlem-ne...
Aquesta és la última família, sí. Són les aplicacions portàtils i electrònica de consum, o sigui, mòbils, Mp3, ordinadors portàtils, etc. Aquest és el grup que, probablement, començarà a utilitzar abans l'hidrogen, abans i tot que els mitjans de transport. Perquè el consumidor, per tenir un mòbil que li duri moltes més hores o un ordinador portàtil que funcioni 20 hores seguides amb piles de combustible -que ja existeixen-, aquí sí que estaria disposat a pagar més. I a més, hi ha piles de combustible que funcionen amb metanol (alcohol líquid que pot ser d'origen renovable, perquè el podem extreure de la biomassa). Això vol dir que si marxem de viatge a un lloc remot, portant un pot amb metanol i omplint el dipòsit de l'aparell ja no ens hauríem de preocupar d'endollar el mòbil o el portàtil enlloc, per tal que funcionés.
I les aplicacions futures de l'hidrogen?
A veure, passarien per fer una aplicació més massiva de les piles de combustible a les llars i poder substituir els escalfadors de gas per aquestes piles de combustible eficients. I tant de bo l'hidrogen es pogués aplicar als cotxes, també, tot i que això requerirà més temps per abaratir costos.
(F)
En quin moment l'hidrogen podrà ser una alternativa real al carbó, el gas natural o l'electricitat?
Cal deixar ben clar que el petroli, gas natural, etc. són fonts d'energia, mentre que l'hidrogen i l'electricitat són vectors energètics, és a dir, que primer cal invertir energia per a obtenir-los. Dit això, està bastant clar que aviat haurem de canviar el xip i ja no servirà pensar que tindrem un combustible únic i a partir d'allà ho farem funcionar tot. Estarem obligats a usar moltes energies diferents combinades i la introducció de les renovables s'anirà fent de manera progressiva.
A mesura que s'encareixin els combustibles fòssils la consciència de la societat de la necessitat d'investigar en renovables augmentarà. Estem vivint una revolució energètica (igualment com vivim revolucions polítiques, socials i comunicatives) que ens portarà cap a una democratització de l'energia, similar al que succeeix a Internet on tothom pot pujar continguts i descarregar-se'ls. El futur de l'energia pot ser que cada família pugui consumir energia i generar-la (via plaques solars que recullen llum del sol) i aquesta energia s'emmagatzemi. I això l'hidrogen ens ho permet fer! L'electricitat és difícil d'acumular, mentre que l'hidrogen, en ser un compost químic, es pot emmagatzemar tot el temps que vulguem. Penso que el binomi electricitat-hidrogen (l'hidrogen fa electricitat a partir de la pila de combustible) serà un element que ens permetrà gestionar i distribuir millor l'energia. És un sistema híbrid versàtil i adaptable.
(F)
Cap on avancen les noves tècniques de recerca amb hidrogen?
Aquest mètode de generació d'hidrogen és un pas intermedi en el camí de la generació d'hidrogen a partir d'aigua, enlloc d'utilitzar bioetanol. L'objectiu és aconseguir produir hidrogen a partir d'aigua, amb llum solar i un catalitzador, generant un cicle tancat: d'aquesta manera usaríem aquest hidrogen a través d'una pila de combustible que combinada amb l'oxigen de l'aire generaria electricitat, d'una banda, i aigua de l'altra. De totes maneres, haver aconseguit la generació d'hidrogen amb bioetanol és un primer pas. Encara ens queda molta recerca per fer.
Existeixen convenis amb empreses per tal d'implementar aquest nou mètode per produir hidrogen?
Sí, des de la UPC creiem molt en la transferència tecnològica a les empreses i tot i que a les empreses els costa entrar en aquest camp, ja fa un parell d'anys que tenim un conveni amb l'empresa Digema S.L, per a la producció d'hidrogen a partir d'etanol. Ara mateix acabem de signar un conveni amb Técnicas Reunidas S.A. en el marc d'un projecte concedit pel CDTI (Ministeri de Ciència i Innovació).
En l'àmbit català, estem treballant amb l'empresa catalana Drassanes Dalmau i el projecte és crear un catamarà elèctric per portar 150 persones pel mar, es tracta del catamarà més gran d'Europa: un vehicle híbrid-elèctric, que duu incorporades plaques solars, aerogeneradors i piles de combustible d'hidrogen amb bateries. Quan es posa en marxa, cada sistema va emmagatzemant l'energia i va carregant les bateries que fan funcionar el vehicle.
Un altre projecte que hem fet gràcies a un ajut VALTEC de valorització tecnològica d'ACC1Ó (Generalitat de Catalunya) consisteix en un Reformador de membrana: un dispositiu que funciona amb un dipòsit on s'aboca etanol i es genera un corrent d'hidrogen pur apte per a ús energètic.
Més informació:
- El hidrógeno y nuestro futuro energético, JORDI LLORCA. Edicions UPC, 2010.
