En la actualidad existen tecnologías de producción de hidrógeno maduras, que utilizan combustibles fósiles, usualmente gas natural y carbón, en procesos de reformado, oxidación parcial y gasificación. Sin embargo, estas tecnologías adolecen de los mismos problemas que las centrales térmicas de generación eléctrica basadas en hidrocarburos en cuanto a la emisión de contaminantes y gases de efecto invernadero. Dentro de los procesos alternativos propuestos para la producción de hidrógeno limpio por la Plataforma Europea del Hidrógeno destacan los ciclos termoquímicos nucleares y solares, en los que se utiliza agua como materia prima para su disociación en hidrógeno y oxígeno. Las temperaturas requeridas para las etapas de los ciclos termoquímicos, aunque elevadas, están por debajo de la necesaria para la descomposición térmica directa del agua, aunque no por ello son temperaturas despreciables, oscilando entre los 500 y 1500 °C, dependiendo del ciclo escogido.

De forma tradicional, la industria nuclear es la que con más fuerza ha estudiado y promovido los ciclos termoquímicos de producción de hidrógeno, buscando un ciclo adecuado para su integración con el calor suministrado por un reactor nuclear. Según este criterio, de entre los más de 100 ciclos posibles que se encuentran descritos en bibliografía, los ciclos más relevantes y estudiados han sido los de azufre-yodo, propuesto en los años setenta por General Atomics, el ciclo hibrido de Bowman-Westinghouse de bromo y azufre, en el que la primera etapa del ciclo necesita de un electrolizador de alta temperatura, o el ciclo UT-3, desarrollado en Tokyo por Kameyama y Yoshida en 1978 y que involucra bromuros y óxidos de hierro y calcio en cuatro etapas diferentes. En los tres casos, la temperatura máxima necearía oscila entre los 850 y los 950 °C, y consisten en una serie de reacciones en cadena (de 2 a 4) que juntas suman la disociación del agua en hidrógeno y oxígeno, sin ningún tipo de subproducto teórico.

El principal inconveniente para el acoplamiento de los ciclos termoquímicos a la energía nuclear es la baja temperatura de trabajo de los reactores actuales. Los sistemas PWR (Reactores de agua a presión) y BWR (reactores de agua en ebullición) de agua ligera de Generación II oscilan en temperaturas de trabajo de 300-400 °C. Los sistemas avanzados de Generación III (APWR, SBWR, sistemas avanzados de agua a presión y ebullición) modifican ciertos aspectos del diseño de los anteriores con el objetivo de incorporar más sistemas pasivos de seguridad y aprovechamiento energético, pero sin cambiar apreciablemente la temperatura de trabajo de los mismos, y sin acercarse a los 850 °C necesarios para los ciclos propuestos. Sin embargo, con los diseños y desarrollos de reactores de Generación IV, basados en reactores rápidos en algunos casos de alta temperatura, es posible alcanzar las temperaturas necesarias para las reacciones de los ciclos mencionados, así como otros propuestos en bibliografía. La implantación de estos reactores está prevista para el año 2030, aunque algunos diseños, como el reactor de muy alta temperatura (VHTR) se encuentran en una fase más avanzada. Todos los reactores susceptibles de ser empleados para la generación de hidrógeno siguen un ciclo Brayton con regenerador, en el que las turbinas de gas permiten trabajar a las temperaturas adecuadas para los ciclos termoquímicos. Entre los reactores de Generación IV susceptibles de generar hidrógeno mediante ciclos termoquímicos, se encuentran el GFR (Gas-cooled Fast Reactor), con temperatura de trabajo de 550 a 850 °C, el VHTR, con temperaturas de 850 a 1000 °C, ambos refrigerados con helio, el LFR (Lead cooled Fast reactor), con temperaturas de 550 a 850 °C, y el MSR (Molten Salt Reactor), con temperaturas de 700 a 800 °C. De estos diseños, el VHTR es el más avanzado, como ya se ha comentado, y estaba prevista la construcción de una primera central de tipo PBMR (con el combustible en lecho de bolas, Peebles Bed) en Sudáfrica en el 2008, aunque finalmente el proyecto se canceló en 2009. El Instituto japonés para la investigación en energía atómica (JAERI) por su parte, comenzó en 2001 un programa basado en una variante del VHTR, con el combustible en forma de elementos prismáticos, el sistema GTHTR-3000, cuyo diseño final de prototipo se espera que esté listo a finales de 2010. En ambos casos, el ciclo con el que se trabaja para una hipotética integración y obtención de hidrógeno sería el de azufre yodo (S-I). En Europa, los ciclos S-I y Westinghouse han sido objeto de un estudio exhaustivo en un proyecto financiado por el VI Programa Marco de la CE denominado HYTHEC, en el que se han desarrollado y evaluado las opciones de acoplamiento de ambos ciclos con reactores VHTR. Las conclusiones de dicho proyecto han tenido continuación en el proyecto HYCYCLES, que pretende diseñar los componentes necesarios para la construcción de plantas piloto de producción de hidrógeno utilizando ciclos termoquímicos, y que finaliza el 31 de diciembre de 2010.

En resumen, el desarrollo de ciclos termoquímicos de producción de hidrógeno ha estado tradicionalmente ligado a la energía nuclear, y tiene continuación actualmente  en el impulso de reactores nucleares de Generación IV, más rápidos, seguros y de mayor temperatura de trabajo. Sin embargo, la elección del ciclo y del proceso de integración es fundamental porque, tomando como referencia el ciclo termoquímico S-I, si bien las necesidades energéticas del mismo pueden ser cubiertas por los reactores nucleares de esta nueva generación, todavía quedan por solucionar otros aspectos asociados, como puede ser por ejemplo la separación del H₂ generado y el I₂, que debe recuperarse para cerrar el ciclo, los problemas de corrosión asociados al azufre en forma de ácido sulfúrico, o el desarrollo de cada etapa con el objeto de asegurar la ciclabilidad del proceso.

El hidrógeno se postula como uno de los más prometedores vectores energéticos para las próximas décadas, al ser una de sus principales ventajas el hecho de que prácticamente cualquier fuente de energía puede ser convertida en hidrógeno. Alrededor del 40 % de la producción mundial de hidrógeno se utiliza en la industria química, otro 40 % en refinerías y el 20 % restante en una gran variedad de procesos, incluyendo su empleo como vector energético. El hidrógeno utilizado en las refinerías se emplea en el procesado del crudo de petróleo y en la mejora de combustibles para el transporte, lo que podría condicionar un aumento en la demanda de hidrógeno por este sector durante los próximos años, coincidiendo con lo que durante los últimos años se viene denominando como la hipotética “economía del hidrógeno”.

El concepto de economía del hidrógeno se lleva tratando durante varias décadas y ha recibido especial atención durante los últimos años. Algunas valoraciones del potencial de una economía del hidrógeno han centrado su atención en su producción, al ser un aspecto crucial en el desarrollo de un sistema viable. Existen diferentes procesos para obtener hidrógeno, entre los que pueden citarse el reformado de gas natural, la gasificación de carbón y la electrolisis de agua. Aunque estos procesos se encuentran comercialmente disponibles, se está investigando en el desarrollo de otros procesos alternativos, cuyo interés reside en su carácter sostenible. Uno de ellos es la descomposición termoquímica de agua.

La producción de hidrógeno mediante descomposición de agua empleando ciclos termoquímicos consiste en descomponer la molécula de agua en los átomos de hidrógeno y oxígeno de los que está constituida, mediante una serie de reacciones químicas que permiten su liberación en etapas diferenciadas.

El proceso de descomposición termoquímica de agua requiere emplear sistemas adicionales, implicados generalmente en tres etapas: (i) producción de oxígeno, (ii) producción de hidrógeno, y (iii) regeneración de materiales. Estos sistemas se caracterizan por proporcionar cantidades apreciables de hidrógeno y oxígeno, y por requerir temperaturas inferiores a la necesaria para la disociación térmica del agua. No obstante, los elevados niveles térmicos aún requeridos para estos procesos hacen necesario su integración con otros procesos que proporcionen un foco caliente a la temperatura necesaria.

Durante los últimos años la producción hidrógeno mediante ciclos termoquímicos ha recibido especial atención debido a la creciente preocupación sobre las fuentes de energía y el impacto ambiental asociado a su uso. Este es el motivo de la realización/recopilación de diversos estudios sobre la producción de hidrógeno mediante diferentes ciclos (como p.e.: Zn/ZnO, Fe₃O₄/FeO, Mn₃O₄/MnO). Muchos de estos ciclos se estudian acoplados a procesos de concentración de energía solar o generación de energía nuclear, y están relacionados con estudios realizados de forma paralela en reactores de energía solar concentrada y en reactores nucleares.

Actualmente se está trabajando en la disminución de las temperaturas requeridas por los diferentes ciclos, al aumentar sus ventajas y el rendimiento del proceso de concentración de la energía solar a medida que disminuye la temperatura requerida para llevar a cabo el proceso. Para ello se están introduciendo modificaciones en ciclos ya conocidos, y se continúa con la búsqueda de nuevos ciclos alternativos.

1.       M.A. Rosen. Advances in hydrogen production by thermochemical water decomposition: A review. Energy 35 (2010) 1068-1076.

2.       R.G. Lemus y J.M. Martínez-Duart. Updated hydrogen production costs and parities for conventional and renewable technologies. International Journal of Hydrogen Energy 35 (2010) 3929-3936.

3.       C. Perkins y A.W. Weimer. Likely near-term solar-thermal water splitting technologies. International Journal of Hydrogen Energy 29 (2004) 1587-1599.

Entre el 16 y 21 de mayo se celebró en Essen (Alemania) el 18° Congreso Mundial del Hidrógeno (18^th World Hydrogen Energy Conference 2010, WHEC2010; www.whec2010.com).

Este es uno de los eventos de mayor relevancia, a nivel mundial, en todo lo relacionado con el hidrógeno y las pilas de combustible. Durante las jornadas técnicas se trataron, en un total de 10 sesiones paralelas con diferentes temáticas dependiendo de cada momento, aspectos de interés relacionados con las diferentes tecnologías de producción y almacenamiento de hidrógeno, infraestructuras para el aprovisionamiento y su distribución, y aplicaciones móviles y estacionarias, dedicando especial atención a las pilas de combustible. También se trataron aspectos de seguridad, análisis estratégicos (como por ejemplo, objetivos y prioridades científico-tecnológicas, análisis de ciclo de vida e impacto económico, estudios socio-económicos, etc.), así como los mercados existentes y emergentes.

Este foro reunió a más de 1000 profesionales de todo el mundo relacionados con el sector, que tuvieron la oportunidad de asistir al elevado número de conferencias contemplado en el programa, discutir el contenido de las contribuciones presentadas en formato póster, y asistir a la feria profesional que tuvo lugar de forma simultánea en las misma instalaciones en las que se celebró el congreso.

Durante el congreso, la Asociación Española del Hidrógeno (AeH2) presentó la propuesta de celebrar en España la 21ª edición del Congreso Mundial del Hidrógeno (WHEC2016), concretamente en Zaragoza, lo que fue aprobado por la Asociación Internacional de la Energía del Hidrógeno. Las próximas ediciones del congreso tendrán lugar en Calgari (Canadá) en 2012  y en Kwangju City (Corea) en 2014.

La ciudad de Zaragoza albergará el año 2016 el Congreso Mundial de Hidrógeno (World Hydrogen Energy Conference), en el que durante varias jornadas más de 1.500 expertos debatirán los avances y aplicaciones del hidrógeno como vector energético.

La capital aragonesa competía con Praga y Sidney, y fue escogida por el comité internacional del congreso en la XVII World Hydrogen Energy Conference celebrada en Essen (Alemania). El presidente del Comité Internacional ha destacado, entre otros aspectos, la gran experiencia de la ciudad en el trabajo desarrollado en el área del hidrógeno, así como el interés que había despertado la capital aragonesa como sede del Congreso.

La candidatura de Zaragoza fue defendida por Antonio González García-Conde, Presidente de la Asociación Española del Hidrógeno y Director del Departamento de Aerodinámica y Propulsión en el INTA (Instituto Nacional de Técnica Aeroespacia), y Luis Correas Usón, Director Gerente de la Fundación para el Desarrollo de las Nuevas Tecnologías del Hidrógeno en Aragón, entre otros.

La “World Hydrogen Energy Conference” es una cita internacional que se celebra cada dos años en distintas ciudades y que ya han albergado Lyon (Francia), en 2006, Queensland (Australia), en 2008, y Essen (Alemania), este año.

Las sedes se adjudican con seis años de antelación por lo que las de los próximos años ya fueron adjudicadas a Calgary (Canada) en 2012 y a una ciudad de Corea del Sur en 2014.