Las materias primas críticas de los electrolizadores vuelven al ciclo
Los investigadores consiguen reciclar materiales funcionales para producir hidrógeno
El hidrógeno desempeña un papel fundamental en la transición energética. Este gas se produce principalmente con ayuda de electrolizadores. Este proceso requiere materias primas críticas como metales del grupo del platino, tierras raras o níquel como catalizadores. Investigadores del Instituto Helmholtz de Freiberg para la Tecnología de los Recursos (HIF), un instituto del Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), han logrado ahora recuperar estos materiales funcionales mediante innovadores procesos de flotación y separación líquido-líquido de partículas, devolviéndolos así al ciclo de materiales. La investigación forma parte del proyecto líder H2Giga del Ministerio Federal Alemán de Educación e Investigación (BMBF), que investiga la longevidad y reciclabilidad de los electrolizadores de hidrógeno.
Ilustración esquemática de los métodos de separación
Sohyun Ahn
El hidrógeno se considera una fuente de energía limpia que puede ayudar a reducir las emisiones de CO2. Se trata sobre todo del hidrógeno verde, que se produce por electrólisis del agua a partir de energías renovables como la eólica y la solar. El hidrógeno se utiliza en la industria, por ejemplo como materia prima para la producción de productos químicos y acero, así como en el sector del transporte, donde se emplea como combustible para vehículos de pila de combustible. El hidrógeno también puede utilizarse para almacenar el excedente de energía procedente de fuentes renovables, lo que lo convierte en un elemento importante para un futuro energético sostenible y respetuoso con el clima. Según la estrategia nacional del hidrógeno, Alemania necesitará entre 95 y 135 teravatios hora de hidrógeno en 2030.
Para producir hidrógeno se pueden utilizar varios procesos, uno de los cuales es la electrólisis del agua: el agua se descompone en hidrógeno y oxígeno mediante una corriente eléctrica. Los catalizadores del electrolizador consisten en metales críticos, los llamados materiales funcionales. Los electrolizadores de membrana de intercambio protónico (PEM) utilizan principalmente metales del grupo del platino, como el platino, el iridio y el paladio. Los electrolizadores de alta temperatura utilizan tierras raras y níquel. Es necesario asegurar estas materias primas críticas. En este proyecto trabajan investigadores del HIF bajo la dirección de la TU Bergakademie Freiberg en el proyecto ReNaRe.
ReNaRe significa Reciclaje - Utilización Sostenible de Recursos y forma parte del proyecto insignia H2Giga. Para aplicar la estrategia nacional del hidrógeno, el BMBF ha puesto en marcha tres proyectos emblemáticos para la entrada de Alemania en la economía del hidrógeno. Uno de ellos es H2Giga, que se centra en la producción en serie de electrolizadores de hidrógeno. ReNaRe se centra en el final de la vida útil de los electrolizadores para devolver los materiales utilizados, y en particular los metales críticos, al ciclo de materiales.
"Nos dedicamos al reciclado de electrolizadores PEM y de alta temperatura, ya que son fáciles de desmontar. Utilizamos técnicas de separación de partículas ultrafinas para recuperar los materiales funcionales. Esto se debe a que los materiales críticos del ánodo y el cátodo están presentes como partículas finas. Su tamaño corresponde aproximadamente a la centésima parte de un cabello humano. La separación líquido-líquido de partículas y la flotación por aglomeración han demostrado ser adecuadas para separar los materiales funcionales. La extracción de partículas ultrafinas utiliza un sistema sostenible de circulación disolvente-agua para la separación eficaz de catalizadores catódicos hidrófobos, es decir, que repelen el agua, y catalizadores anódicos hidrófilos (que atraen el agua). La flotación de aglomeración complementaria utiliza un aglutinante hidrófobo innovador y sostenible para permitir la aglomeración de las partículas en una masa uniforme. El aglutinante se basa en una tecnología especial de emulsión, es decir, una mezcla de agua y aceite con un contenido muy elevado de agua, que aglomera selectivamente las partículas ultrafinas hidrófobas. Esto permite separar las partículas ultrafinas hidrófilas por adhesión a las burbujas de gas y descargarlas en la espuma", explica Sohyun Ahn, estudiante de doctorado del HIF, al describir el procedimiento. "Con ambos procesos pudimos recuperar hasta el 90 por ciento de los materiales funcionales críticos y devolverlos al ciclo de materiales". Un paso importante hacia el funcionamiento económico y sostenible de la electrólisis del hidrógeno".
En el proyecto, los investigadores están desarrollando ahora un esquema de proceso adecuado que permita el reciclado a escala técnica y sea adaptable a los avances tecnológicos actuales y futuros. Además, se están realizando evaluaciones tecnológicas en forma de análisis del ciclo de vida y análisis tecnoeconómicos para cuantificar las ventajas del reciclado para la sostenibilidad y la rentabilidad.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
Publicación original
Sohyun Ahn, Suvarna Patil, Martin Rudolph; "Ultrafine Particle Recycling─Efficiency of the Hydrophobic Double Emulsion Technique for the Selective Agglomeration and Froth Flotation of Ultrafine Cathode Catalyst Particles from PEM Water Electrolyzers"; ACS Engineering Au, Volume 5, 2024-12-20
Sohyun Ahn, Suvarna Patil, Martin Rudolph; "Influence of surfactants on selective mechanical separation of fine active materials used in high temperature electrolyzers contributing to circular economy"; Industrial Chemistry & Materials, Volume 2, 2024
Sohyun Ahn, Martin Rudolph; "Development of Fine Particle Mechanical Separation Processes with Representative Catalyst Materials for Recycling PEM Water Electrolyzers Exploiting their Wetting Characteristics"; ChemCatChem, Volume 16, 2023-12-15
Más noticias del departamento ciencias
