Fabricación eficiente de hidrógeno y productos químicos
Premio Joseph von Fraunhofer 2026 a una pila de electrólisis de alta temperatura innovadora
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El hidrógeno verde se considera una tecnología clave para la descarbonización de la industria. Sin embargo, hasta ahora, las deficiencias en materia de eficiencia de producción, costes y escalabilidad han impedido que se produzca un avance decisivo. Mihails Kusnezoff, Stefan Megel y Sindy Mosch, del Instituto Fraunhofer de Tecnologías y Sistemas Cerámicos (IKTS), han desarrollado una pila de electrólisis de alta temperatura que está estableciendo nuevos estándares a nivel mundial: genera hidrógeno con una eficiencia sin precedentes, también puede funcionar como pila de combustible y está diseñada para la producción en serie a escala industrial. Esta tecnología ha valido a los tres investigadores el Premio Joseph von Fraunhofer de 2026.
La electrólisis a alta temperatura es un proceso altamente eficiente para la fabricación de hidrógeno que consiste en la separación del vapor de agua en hidrógeno y oxígeno en una célula de electrólisis. La principal ventaja: las elevadas temperaturas permiten utilizar el calor residual industrial como fuente directa de energía para la reacción. Esto reduce el consumo de electricidad, que es cara, acelera las reacciones electroquímicas y mejora significativamente la eficiencia general.
Un nuevo enfoque científico y metodológico del Fraunhofer IKTS
Los investigadores del Fraunhofer IKTS llevan más de dos décadas persiguiendo un objetivo extremadamente ambicioso: fabricar pilas de combustible y electrolizadores de alta temperatura tan potentes, robustos y rentables que no solo respalden la transición energética, sino que puedan acelerarla significativamente. «Nuestro objetivo desde el principio fue tender un puente entre los electrones y las moléculas», afirma Mihails Kusnezoff, jefe del Departamento de Materiales y Componentes y director de Energía del Fraunhofer IKTS. El enfoque del equipo del Fraunhofer IKTS difiere significativamente del de muchos competidores: en lugar de desarrollar conceptos separados para electrolizadores y pilas de combustible, los investigadores han creado un sistema que puede funcionar en ambos modos. Esto supuso un gran reto, como explica Kusnezoff: «Mientras que el funcionamiento de las pilas de combustible requiere baja resistencia y altos voltajes, la electrólisis exige estabilidad a largo plazo y un funcionamiento prácticamente termoneutral con gradientes de temperatura mínimos».
Una pila versátil adecuada para la producción en masa
En el laboratorio, los investigadores desarrollaron nuevos materiales para electrolitos y electrodos y optimizaron las microestructuras con el fin de construir celdas de alto rendimiento. «Solo combinando varias celdas obtenemos lo que se conoce como pila. Este es el corazón del sistema y facilita la escalabilidad necesaria para producir hidrógeno en cantidades industriales», explica Sindy Mosch, investigadora y miembro del grupo de trabajo «Materiales para sistemas impresos» del Fraunhofer IKTS. El avance técnico se logró finalmente gracias a una combinación de innovación en los materiales, optimización del diseño y un enfoque constante en la industrialización. «Tuvimos que aprender a considerar los efectos electroquímicos, térmicos y mecánicos como un sistema integrado. Solo coordinando con precisión la microestructura, el comportamiento de sinterización y las capas protectoras pudimos desarrollar una célula capaz de funcionar de forma fiable durante años, tanto en las exigentes condiciones de la electrólisis como en el modo de pila de combustible», afirma Sindy Mosch.
La pila del Fraunhofer IKTS funciona de forma fiable dentro de un amplio rango de temperaturas, de 750 °C a 850 °C, un factor que desempeña un papel fundamental en la vida útil de un electrolizador. Dentro de este rango de temperaturas, es posible no solo convertir el vapor de agua y el CO₂ en gas de síntesis mediante electrólisis, sino también utilizar una variedad de combustibles como el gas natural, el biogás, el metanol, el etanol e incluso el amoníaco verde en modo de pila de combustible para la generación de energía.
Del laboratorio a la fábrica: producción piloto en Arnstadt
Al mismo tiempo, el equipo abordó la cuestión de la ampliación a escala industrial rediseñando la placa bipolar metálica para que pudiera fabricarse de manera eficiente en una sola operación de prensado, además de desarrollar procesos de recubrimiento escalables para electrodos y capas de contacto/protección. «Para nosotros, una cosa estaba clara: la tecnología solo puede contribuir a la transición energética si funciona en la fábrica y no solo en el laboratorio», subraya Stefan Megel, director del Grupo de Convertidores de Energía Cerámicos del Fraunhofer IKTS.
La madurez industrial de la tecnología también ha impresionado a los actores del sector: thyssenkrupp nucera identificó la pila de nuevo desarrollo como una solución especialmente eficiente y prometedora en el campo de la electrólisis a alta temperatura. En tan solo 14 meses, el Fraunhofer IKTS estableció una línea de producción piloto parcialmente automatizada en su sede de Arnstadt, sentando así las bases para una mayor ampliación junto con su socio industrial thyssenkrupp nucera. «La fase piloto ha demostrado que nuestras pilas combinan la excelencia científica con una producción escalable y rentable hasta alcanzar el nivel de gigavatios», afirma Stefan Megel.
Tecnología clave para la descarbonización industrial
El desarrollo de pilas en el Fraunhofer IKTS no solo ha establecido nuevos estándares de eficiencia y versatilidad tecnológica, sino que también está allanando el camino para el uso industrial de la electricidad y el calor residual en la producción altamente eficiente de hidrógeno y gas de síntesis. El equipo del Fraunhofer IKTS contribuye así directamente a la transición energética global, al tiempo que refuerza la competitividad de Alemania como centro industrial.
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