El hidrógeno verde se ha convertido en uno de los grandes protagonistas de la transición energética, porque permite almacenar y utilizar energía sin emitir CO₂ en el punto de uso. Sin embargo, la gran piedra en el camino sigue siendo cómo producirlo de forma barata, eficiente y realmente sostenible, sin depender de combustibles fósiles ni de materiales escasos y caros.
En los últimos años, centros de investigación y universidades de todo el mundo están explorando nuevos materiales y rutas de producción: desde cerámicas basadas en perovskitas activadas por calor solar, hasta aleaciones intermetálicas sometidas a deformación elástica, materiales metal-orgánicos fotoactivos (MOFs) para fotocatálisis, catalizadores sin metales preciosos y soluciones innovadoras en electrolizadores y pilas de combustible. Todo ello está dibujando un mapa muy completo de por dónde va el futuro de la producción de hidrógeno verde.
Por qué el hidrógeno verde es clave en la descarbonización
El interés por el hidrógeno verde no es casual: la producción de energía vive un momento de cambio acelerado marcado por la urgencia de reducir emisiones y recortar el uso de combustibles fósiles. El hidrógeno, como vector energético, ofrece una vía para almacenar excedentes de energías renovables y liberarlos cuando hace falta.
A diferencia de una fuente de energía primaria, el hidrógeno actúa como “almacén químico” de energía: se genera a partir de electricidad o calor y se consume después en pilas de combustible, procesos industriales o aplicaciones de movilidad. Cuando su origen es renovable (solar, eólico, hidráulico, biomasa…), hablamos de hidrógeno verde.
El problema es que hoy la mayoría del hidrógeno que se usa en la industria procede de combustibles fósiles (reformado de gas natural, carbón, etc.), lo que conlleva alrededor de 900 millones de toneladas de CO₂ al año a escala global, según la Agencia Internacional de la Energía. Cambiar esta realidad pasa por tecnologías capaces de producir hidrógeno renovable a gran escala y con costes competitivos.
Además, las renovables tienen una gran limitación: son intermitentes y variables. La eólica y la solar producen cuando hay viento o sol, no cuando el sistema lo necesita. El hidrógeno verde permite “guardar” esa energía sobrante y usarla después, ya sea para volver a generar electricidad, para obtener productos químicos verdes (amoníaco, fertilizantes, combustibles sintéticos) o para alimentar procesos industriales y de transporte pesado.
Por todo ello, Europa y España han situado el hidrógeno verde en el centro de sus planes de descarbonización a medio y largo plazo, pero su despliegue masivo depende directamente de los avances en nuevos materiales y en procesos más eficientes.
Electrólisis del agua y nuevos materiales para electrolizadores
La vía más extendida y prometedora para obtener hidrógeno verde a gran escala es la electrólisis del agua alimentada con electricidad renovable. En este proceso, un electrolizador divide la molécula de agua (H₂O) en hidrógeno (H₂) y oxígeno (O₂) sin emisiones directas de CO₂.
En el electrolizador, el agua se introduce en una celda con dos electrodos separados por una membrana. Aplicando electricidad, en el cátodo se genera hidrógeno y en el ánodo oxígeno. El hidrógeno se recoge, se comprime y se almacena o se envía directamente a consumo; el oxígeno suele liberarse o aprovecharse en otras aplicaciones (por ejemplo, médicas o industriales).
Existen varios tipos de electrolizadores, cada uno con ventajas, limitaciones y necesidades de materiales específicos:
- Electrolizador alcalino: tecnología madura, relativamente barata, pero con menor densidad de corriente y algunos límites de flexibilidad.
- Electrolizador de óxido sólido (SOEC): trabaja a alta temperatura, con buena eficiencia, aunque todavía en fases menos comerciales.
- Electrolizador de membrana de intercambio aniónico (AEM): combina parte de las ventajas de los sistemas alcalinos y de membrana, permitiendo el uso de catalizadores sin metales nobles.
- Electrolizador de membrana de electrolito polimérico (PEM): muy compacto, capaz de trabajar con altas corrientes y generar hidrógeno muy puro, ideal para integrar renovables variables.
La tecnología PEM es especialmente interesante para “amortiguar” las fluctuaciones de la energía renovable, pero tiene un gran inconveniente: la dependencia de materiales críticos como el platino e iridio en los electrodos y otros componentes, lo que dispara los costes y complica su escalado global. En la práctica, casos reales como el electrolizador que impulsa el hidrógeno verde industrial en Navarra muestran las exigencias tecnológicas y de materiales para integrar PEM con renovables.
Equipos del CSIC, como los liderados por María Retuerto y Sergio Rojas, están centrados en sustituir estos materiales nobles por alternativas más abundantes y baratas que mantengan una alta actividad catalítica y durabilidad. El objetivo no es solo abaratar el equipo, sino también reducir el impacto ambiental asociado a la extracción de platino, iridio o rutenio.
En paralelo, el Instituto de Carboquímica del CSIC, con la investigadora María Jesús Lázaro al frente, desarrolla electrolizadores AEM de baja temperatura con nuevos electrodos basados en metales no nobles. Esta tecnología intenta combinar lo mejor de dos mundos: la simplicidad y bajo coste de la electrólisis líquida y la alta pureza y eficiencia de los sistemas PEM.
Según estos trabajos, las membranas poliméricas de intercambio aniónico permiten usar catalizadores sin platino, iridio o rutenio y, aun así, lograr eficiencias elevadas. Esto abre la puerta a una producción de hidrógeno verde más competitiva económicamente y con menor dependencia de materias primas críticas.
Nuevas familias de catalizadores sin platino gracias a la deformación elástica
Otro frente de investigación clave se centra en desarrollar catalizadores alternativos al platino para la reacción de evolución de hidrógeno (HER) en los electrolizadores. El platino sigue siendo el estándar por su extraordinaria actividad y estabilidad, pero su coste y escasez hacen inviable cubrir con él toda la demanda futura.
Investigadores de IMDEA Materiales han demostrado que, en lugar de inventar materiales totalmente nuevos desde cero, es posible mejorar de forma drástica el rendimiento de aleaciones intermetálicas ya conocidas aplicando deformaciones elásticas controladas.
En un estudio publicado en ACS Catalysis, se analizaron películas delgadas intermetálicas de tres sistemas de bajo coste: Ag₃In (plata e indio), Ni₃Fe (níquel y hierro) y Ni₃Sn (níquel y estaño). Al someter estas películas a pequeñas deformaciones elásticas (del orden del 1%), se observó un salto notable en su actividad catalítica para la HER.
Los investigadores comprobaron que las deformaciones de tracción mejoran la actividad en Ag₃In, mientras que las deformaciones de compresión tienen efectos similares en Ni₃Fe, Ni₃Sn e incluso en el propio platino. En un caso especialmente llamativo, una muestra de Ni₃Sn estirada un 1,26% alcanzó aproximadamente el 71% de la eficiencia del platino.
El estudio, firmado por investigadores como Jorge Redondo, Jayachandran Subbian, Miguel Monclús, Valentín Vassilev Galindo, Jon Molina y Javier Llorca, constituye una de las primeras demostraciones experimentales claras de cómo la deformación elástica, sin introducir defectos ni fisuras, puede modular las propiedades catalíticas de un material.
Esta aproximación ofrece una hoja de ruta totalmente nueva para diseñar catalizadores optimizados por deformación, apoyándose también en técnicas de cribado con aprendizaje automático que proponen combinaciones de metales no preciosos e intermetálicos prometedores. La idea es acelerar el descubrimiento de materiales que puedan igualar o acercarse al rendimiento del platino, pero con disponibilidad y coste mucho más favorables.
Perovskitas cerámicas y ciclos termoquímicos con calor solar
Más allá de la electrólisis, hay otra línea de investigación muy potente en España basada en producir hidrógeno verde a partir de agua empleando solo calor procedente del sol, sin necesidad de electricidad. Aquí destacan los trabajos del Grupo de Ingeniería Química y Ambiental (GIQA) y del Instituto de Investigación de Tecnologías para la Sostenibilidad (ITPS) de la Universidad Rey Juan Carlos.
Este equipo ha desarrollado nuevos materiales cerámicos capaces de participar en ciclos termoquímicos de división del agua. El principio es relativamente sencillo de explicar, aunque tecnológicamente muy exigente: primero se calientan los materiales a temperaturas elevadas, liberan oxígeno de su estructura y, después, reaccionan con vapor de agua generando hidrógeno y recuperando ese oxígeno.
Los materiales empleados pertenecen a la familia de las perovskitas cerámicas, compuestos cerámicos con alta movilidad de oxígeno en su red cristalina. Esa movilidad es la que posibilita que el material se oxide y se reduzca repetidamente, soportando muchos ciclos sin degradarse de forma crítica.
Una de las aportaciones más interesantes del trabajo, publicado en la revista Catalysis Today, es que estas nuevas perovskitas funcionan por debajo de los 1000 ºC, frente a los 1300-1500 ºC que requieren otros sistemas termoquímicos convencionales. Esta reducción de temperatura implica un ahorro energético considerable y hace más viable el uso de reactores solarizados.
La investigadora María Linares Serrano, del GIQA, destaca que el ciclo de reducción-oxidación puede repetirse muchas veces, lo que convierte a la tecnología en una opción prometedora para la producción continua de hidrógeno renovable en plantas que aprovechen de manera directa la radiación solar concentrada.
Además, el equipo no se ha quedado en ensayos con polvos cerámicos. Han moldeado las perovskitas en formatos macroscópicos mucho más cercanos a un uso real, como:
- Pellets cerámicos compactos.
- Espumas cerámicas porosas con gran superficie específica.
- Capas delgadas depositadas sobre soportes monolíticos, muy adecuadas para reactores de flujo.
Estas configuraciones mejoran el contacto entre el sólido y los gases, así como la transferencia de calor en el interior del reactor solar. Los ensayos han mostrado incrementos significativos en la cantidad de hidrógeno producido, siendo especialmente sobresalientes las capas finas sobre monolitos cerámicos, que logran los valores más altos de producción dentro del estudio.
Este diseño avanzado de materiales y geometrías acerca la posibilidad de reactores solares volumétricos capaces de producir hidrógeno verde a gran escala. Para un país con alta irradiación solar como España, esta ruta de producción basada en energía solar térmica directa tiene un potencial estratégico notable.
Fotocatálisis y MOFs: producir hidrógeno a partir de aguas residuales
Otro enfoque innovador prescinde casi por completo de la electricidad externa y apuesta por la fotocatálisis para descomponer el agua utilizando la luz solar. Dentro de esta línea se encuadra el proyecto Hylios, que busca transformar el modelo de las estaciones depuradoras de aguas residuales.
El objetivo de Hylios es diseñar materiales capaces de captar la energía solar y aplicarla a la producción de hidrógeno verde a partir de aguas contaminadas. La idea es utilizar reactores fotocatalíticos que, expuestos a la luz, dividen el agua sin necesidad de conectar el sistema a la red eléctrica, reduciendo así tanto los costes energéticos como la complejidad de la infraestructura.
La fotocatálisis presenta varias ventajas: usa equipos más sencillos y potencialmente más baratos, puede trabajar con aguas de menor calidad (reduciendo la competencia con agua potable) y encaja muy bien con conceptos de economía circular del agua.
Un aspecto central del proyecto es el desarrollo de nuevos materiales metal-orgánicos (MOFs) basados en titanio. Los expertos de IMDEA Energía han creado el MOF IEF-11 (IMDEA Energy Frameworks), que combina unidades fotoactivas de titanio con ácido escuárico. Este material ha logrado eficiencias fotocatalíticas muy altas en la reacción de fotodivisión del agua, comparables al óxido de titanio, que hasta ahora es el fotocatalizador de referencia.
Actualmente, se trabaja en modificar y estabilizar este MOF para mejorar su durabilidad y ampliar el rango de radiación solar que es capaz de absorber. El reto es superar la actual escasez de materiales fotoactivos estables a largo plazo y, al mismo tiempo, convertir las depuradoras en pequeñas plantas de producción de hidrógeno verde integradas en el tratamiento del agua residual.
Hylios se desarrolla a través de un consorcio multidisciplinar liderado por Lantania, en el que participan Ansasol, ITECAM, el Instituto de Energía Química (ITQ) de la Universitat Politècnica de València e IMDEA Energía. El proyecto se extenderá, al menos, hasta octubre de 2026, y apunta a reducir de forma drástica los costes energéticos y el impacto ambiental en el tratamiento de aguas y en la producción de hidrógeno.
Electrólisis con nuevos compuestos multimetálicos más activos
Más allá de los catalizadores intermetálicos deformados elásticamente, también se están descubriendo compuestos multimetálicos que superan ampliamente el rendimiento de sus componentes individuales para la producción de hidrógeno mediante electrólisis.
Investigadores de la Universidad de Twente han desarrollado un nuevo material para electrodos que contiene cinco metales de transición diferentes. A pesar de que cada uno de estos metales es solo moderadamente activo por separado, el compuesto combinado muestra una actividad catalítica entre uno y dos órdenes de magnitud superior.
En pruebas de laboratorio, la actividad de este material superó hasta por un factor de 680 a los compuestos individuales, un resultado que sorprendió incluso al equipo investigador, liderado por Chris Baeumer. La explicación radica en un claro efecto de sinergia: los distintos metales “se ayudan” mutuamente a nivel electrónico y estructural, generando una superficie catalíticamente mucho más activa y estable.
El compuesto está formado por elementos abundantes en la corteza terrestre, lo que lo convierte en una alternativa potencialmente viable para sustituir al platino y al iridio en electrolizadores de alto rendimiento. De momento, la actividad se ha validado en entorno de laboratorio y todavía falta probar el comportamiento a escala industrial.
Tal y como subrayan los investigadores, la combinación de cinco metales distintos es compleja y requiere optimizar las rutas de síntesis y los procesos de escalado. Aun así, el material ofrece una base muy prometedora sobre la que ajustar composiciones, texturas y condiciones de operación, con el fin de superar a los electrocatalizadores comerciales actuales en eficiencia y coste.
Retos de materiales, agua y nuevas fuentes renovables de hidrógeno
En paralelo al desarrollo de nuevos catalizadores y cerámicas avanzadas, hay que tener en cuenta otros retos importantes ligados a los materiales y al recurso agua para que el hidrógeno verde sea realmente sostenible.
Por un lado, los electrolizadores convencionales dependen de metales preciosos (platino, iridio, rutenio), cuya extracción conlleva impactos ambientales severos: degradación de suelos, contaminación de agua y afectación de ecosistemas, además de la concentración geográfica de sus reservas.
Para reducir esta dependencia, se investigan catalizadores alternativos de bajo coste basados en derivados del carbono, materiales magnéticos o compuestos sintéticos desarrollados mediante procesos verdes. La idea es ampliar el abanico de opciones y rebajar tanto el coste económico como el coste ambiental de la cadena de suministro.
Por otro lado, la disponibilidad de agua de calidad es un tema delicado. Para producir una tonelada de hidrógeno verde mediante electrólisis, se necesitan en torno a nueve toneladas de agua pura. En un contexto de escasez hídrica creciente, la competencia entre agua para consumo humano, agricultura e industria puede convertirse en un cuello de botella serio.
Frente a ello, se exploran vías como el uso de agua de mar, aguas residuales urbanas e industriales o incluso el aprovechamiento de la humedad ambiental. Tecnologías como H2umidity, desarrollada por empresas especializadas, permiten generar agua a partir de la humedad del aire y emplearla en electrolizadores, reduciendo la presión sobre las fuentes convencionales. Además, proyectos como CIUDEN validan sistemas de almacenamiento para su integración con solar e hidrógeno verde, facilitando la viabilidad de cadenas renovables más completas.
También cobra protagonismo la producción de hidrógeno verde a partir de biomasa y residuos. El Instituto de Tecnología Química (ITQ), por ejemplo, trabaja en plantas piloto que transforman bioetanol procedente de residuos agrícolas y de la industria vitivinícola en hidrógeno mediante reformado con vapor a 500-700 °C y presión atmosférica.
En estos procesos se produce dihidrógeno (H₂) que puede usarse tanto para generar electricidad y calor en pilas de combustible de óxido sólido (SOFC) como para sintetizar combustibles no contaminantes. Parte del hidrógeno y del calor generado se reinvierten en la propia planta, mejorando su autosuficiencia energética y reduciendo la demanda externa.
El ITQ también investiga tecnologías basadas en microondas de potencia para transformar electricidad en hidrógeno y otros productos químicos utilizando materiales iónicos que liberan oxígeno de su estructura. Esta aproximación, patentada y publicada en Nature Energy, puede tener aplicaciones futuras en almacenamiento de energía, combustibles sintéticos o incluso en la recarga ultrarrápida de baterías mediante una reducción casi instantánea de todo el volumen del electrodo.
Aplicaciones industriales, biocombustibles y economía del hidrógeno
El hidrógeno ya se usa masivamente en la industria, sobre todo para refinar petróleo y producir amoníaco y fertilizantes, pero en su mayoría procede de gas natural. Sustituir este hidrógeno “gris” por hidrógeno verde podría recortar de forma sustancial las emisiones del sector industrial; Sidenor prueba con éxito el hidrógeno verde en su acería de Basauri, lo que ilustra aplicaciones industriales reales en sectores de alta demanda energética.
Equipos del ITQ proyectan plantas piloto que integren hidrógeno verde en procesos industriales de manera que el propio hidrógeno alimente parte de las necesidades energéticas de la planta. De este modo, se crean bucles de alta eficiencia, donde el calor y la electricidad generados ayudan a sostener el propio proceso de producción.
En el Instituto de Catálisis y Petroleoquímica (ICP), grupos como el liderado por José Miguel Campos estudian la obtención de biocombustibles avanzados utilizando hidrógeno renovable. El proceso combina residuos de aceites vegetales con una corriente de hidrógeno en reactores catalíticos a 300-400 °C y unas 20 atmósferas de presión.
Primero se produce una mezcla de óxidos de carbono, hidrocarburos lineales y agua; después, una segunda etapa permite transformar esos hidrocarburos en fracciones similares a gasolina, queroseno y diésel, con una eficacia energética que puede llegar al 85%, muy por encima del rendimiento típico de los motores de combustión interna convencionales.
Todo este conjunto de desarrollos refuerza la idea de que el hidrógeno verde será un pilar de la futura economía baja en carbono, siempre que se sigan impulsando la investigación básica, los proyectos demostradores y las políticas de apoyo (inversiones en infraestructuras, incentivos fiscales, marcos regulatorios claros).
La suma de estos avances en nuevos materiales —desde perovskitas cerámicas solarizadas, aleaciones intermetálicas optimizadas por deformación elástica y compuestos multimetálicos sin metales preciosos, hasta MOFs fotoactivos y catalizadores alternativos para electrolizadores— está configurando un escenario en el que producir hidrógeno verde de forma continua, eficiente y con menor impacto ambiental deja de ser una promesa lejana y se aproxima, paso a paso, a convertirse en una realidad tecnológica e industrial de gran escala.
