Históricamente, se ha prestado gran atención a la calidad del aire exterior, especialmente a la contaminación generada por los automóviles y las fábricas, así como a su impacto en la salud. Si bien, esta preocupación por el aire exterior está bien fundamentada, y desde luego es preocupante, «su hermana», la calidad de aire interior, queda en un segundo plano muchas veces, cuando en realidad, la concentración de contaminantes y el tiempo de exposición a estos es muy superior.
Pensadlo: ¿Cuánto tiempo pasáis en un interior? Cenáis, dormís en una habitación cerrada, os despertáis, vais a trabajar (seguramente en autobús o coche), vais al trabajo, donde estáis ocho horas, volvéis a casa en coche, y luego, dependerá de las actividades de cada uno, pero, a no ser que hagáis algún deporte o actividad que sea exclusivamente al aire libre, seguiréis estando en un interior. Es decir, supongamos que, si cenáis a las 22h, probablemente hasta que salgáis del trabajo y comáis (si salís a las 15h, y según llegáis coméis), habréis estado casi de continuo 18 horas dentro de un espacio cerrado. 18 horas de 24 horas en un interior como mínimo.
Teniendo esto en cuenta, desde luego que preocuparse por lo que respiramos en casa, o en el trabajo, tiene sentido, y más aun sabiendo que los estudios atribuyen más de cinco millones1 de muertes prematuras anuales a la mala calidad de aire interior. Por otro lado, también existen muchas enfermedades asociadas, o que se ven exacerbadas por esto mismo: el asma, la enfermedad pulmonar obstructiva crónica (conocida como EPOC), enfermedades cardiovasculares, dolores de cabeza y migrañas.
Aquí entra el proyecto K-HEALTHinAIR, un proyecto que busca identificar y abordar los diferentes contaminantes presentes en los interiores, y evaluar como afectan a la salud humana. Para ello, combina tecnologías de monitorización de aire de bajo coste en diferentes espacios (hospitales, aulas, casa, residencias…) con herramientas de análisis de datos para entender la exposición a estos contaminantes, y proponer soluciones innovadoras para mitigar sus efectos.
Llegados a este punto, seguramente surja la duda de cuáles son esos contaminantes tan dañinos que respiramos diariamente, y sus fuentes: algunos de los principales contaminantes en ambientes interiores más comunes son el CO2, proveniente de la respiración humana, y puede causar fatiga, dolor de cabeza, o disminución de la concentración; el formaldehído, presente en muebles, pinturas, materiales de construcción, humo de cigarro, causante de irritación en ojos, nariz y garganta, bronquitis y relacionado con un mayor riesgo de cáncer; el material particulado (PM), con origen en el cocinado y actividades de combustión en general. Las partículas más pequeñas pueden penetrar en los pulmones, provocando problemas respiratorios y cardiovasculares; los compuestos orgánicos volátiles (COVs), provenientes del cocinado, humo de cigarro, ambientadores, pinturas… Pudiendo provocar mareos, asma, irritación; y el dióxido de nitrógeno (N2O), presente debido a combustiones en cocinas o estufa de gas, o de combustibles. Este contaminante puede empeorar los síntomas respiratorios.2 Además, las fuentes exteriores también pueden influir en la calidad de aire interior.
Fuente: González-Martín J, Kraakman NJR, Pérez C, Lebrero R, Muñoz R. A state–of–the-art review on indoor air pollution and strategies for indoor air pollution control. Chemosphere. 2021;262:128376. doi:10.1016/J.CHEMOSPHERE.2020.128376
Es decir, muchas de las actividades o materiales usados día a día, puede ser fuente de contaminantes interiores. Pero al igual que estos contaminantes tienen unas fuentes “sencillas y comunes”, algunas de las estrategias que puedes aplicar para contrarrestarlos, también lo son: la ventilación de forma regular (sí, ahora es invierno y los días que hay temperaturas cercanas a las de Siberia no es agradable, pero con unos minutos seguramente sea suficiente) siempre será una buena forma. O en el caso del cocinado, el uso de campanas de extracción. Disminuir el uso de ambientadores, también puede ayudar a reducir estos contaminantes y, por lo tanto, mejorar la calidad de aire interior. Como se ha explicado, el tabaco es muy dañino también, por lo que lo ideal sería no realizar esta actividad dentro de casa. Estos son ejemplos de actividades sencillas a realizar para mejorar la calidad de aire interior, y, por lo tanto, tu calidad de vida.
En definitiva, la calidad del aire interior es un aspecto fundamental que no debe pasarse por alto. Aunque las fuentes de contaminación en el hogar o en los espacios cerrados puedan parecer inevitables, pequeños cambios en nuestros hábitos diarios y decisiones conscientes pueden marcar una gran diferencia en nuestra salud y bienestar. No se trata solo de mejorar el ambiente en el que vivimos, sino de protegernos a nosotros mismos y a nuestras familias de los efectos negativos de un aire contaminado. Después de todo, si pasamos gran parte de nuestra vida en interiores, ¿por qué no hacer de esos espacios un lugar donde respirar sea sinónimo de salud y tranquilidad?
1 González-Martín J, Kraakman NJR, Pérez C, Lebrero R, Muñoz R. A state–of–the-art review on indoor air pollution and strategies for indoor air pollution control. Chemosphere. 2021;262:128376. doi:10.1016/J.CHEMOSPHERE.2020.128376
2 Mannan M, Al-Ghamdi SG. Indoor Air Quality in Buildings: A Comprehensive Review on the Factors Influencing Air Pollution in Residential and Commercial Structure. International Journal of Environmental Research and Public Health 2021, Vol 18, Page 3276. 2021;18(6):3276. doi:10.3390/IJERPH18063276
En 2020, España dio un paso firme hacia la descarbonización con la publicación del Plan Nacional Integrado de Energía y Clima (PNIEC). Entre las medidas destacadas, el hidrógeno renovable o hidrógeno verde, es decir, hidrógeno generado en electrolizadores que se alimentan de energía renovable, emergió como una solución clave para reducir emisiones en diversos sectores.
Una de estas medidas fue la publicación de una Hoja de Ruta del Hidrógeno, que plantea estrategias concretas para evitar las emisiones de CO2 a través del hidrógeno, sustituyendo combustibles fósiles en usos como generación de calor para la industria o la vivienda, o como alimentación en medios de transporte como camiones o barcos. Se fijan además objetivos del uso de hidrógeno para 2030, entre ellos tener 4 GW de potencia instalada de electrolizadores y sustituir un 25% del hidrógeno consumido en la industria por hidrógeno verde.
Fig.1. Objetivos de la Hoja de Ruta del Hidrógeno. Fuente: Hoja de Ruta del Hidrógeno
Gracias a estas políticas, empresas tanto locales como internacionales comenzarán a apostar por el hidrógeno, proponiendo proyectos con electrolizadores de hasta 100 MW que alimenten a consumidores de la península. Para financiar estos proyectos, se contará con la ayuda de los programas europeos, aunque también dependerá en gran medida de la inversión privada.
Políticas de la Unión Europea sobre hidrógeno
La Comisión Europea aprobó su estrategia sobre hidrógeno en julio de 2020, en la que planteaba un total de 40 GW de capacidad de electrolizadores para toda la región en 2030, y un consumo de hidrógeno que suponga el 24% de toda la energía final en 2050. Además, a través de otras políticas como el paquete «Fit for 55» o RePowerEU, fijará un objetivo de generación de 10 Mt de hidrógeno y un consumo de 20 Mt; sustitución de combustibles fósiles por renovables (entre los que se incluye el hidrógeno) de un 75% en la industria y del 5% en el transporte; y una construcción de hasta 28.000km de tuberías para el intercambio de hidrógeno, todo para 2030.
También se crean programas que financian la instalación de infraestructura del hidrógeno, como «Hy2Tech» o «Hy2Infra», que, entre distintas convocatorias de financiación pública y privada, han conseguido más de 38 mil millones de euros; así como instituciones diseñadas para salvar las diferencias de precio que tiene el hidrógeno verde actualmente, como el European Hydrogen Bank.
En la figura 2 se observan los objetivos de instalación de los distintos países de la Unión, que consiguen superar de manera conjunta el objetivo general de la región. Países como Francia o Países Bajos prevén alcanzar hasta 6 GW de capacidad nacional, seguidos por Alemania, Italia o Dinamarca que buscan tener 5 GW, o Rumanía y España con 4 GW.
Fig.2. Objetivos de potencia instalada de electrolizadores de los países de la UE para 2030. Fuente: Elaboración propia para el proyecto HYDRA
Según la Global Hydrogen Review de 2024 publicada por la Agencia Internacional de la Energía, la potencia instalada actualmente en Europa es de 2 GW, por lo que aún queda lejos el objetivo de 40 GW. Es necesario superar los retos de la financiación para las grandes infraestructuras, la capacidad de fabricación de electrolizadores y la conexión entre productores y consumidores de hidrógeno para acelerar este crecimiento.
Políticas de hidrógeno en el resto del mundo
A nivel global, la preocupación de los gobiernos por la situación energética y medioambiental ha impulsado políticas y estrategias de descarbonización empleando hidrógeno renovable. No solo grandes países productores y consumidores de hidrógeno, sino también países que ven en el hidrógeno una gran oportunidad de desarrollo y crecimiento económico, pensando en la posibilidad del comercio internacional.
En la figura 3 se pueden ver los objetivos de instalación de electrolizadores de otros países comparados con la Unión Europea, alcanzando en conjunto más de 250 GW. Regiones como Europa, Rusia y EEUU tratarán de alcanzar más de 40 GW de generación, pero también países como Chile, India o Canadá planean grandes inversiones, aprovechando la oportunidad de comerciar con el hidrógeno.
Fig.3. Objetivos de potencia instalada a nivel global para 2030. Fuente: elaboración propia para el proyecto HYDRA
Lograr los objetivos propuestos, especialmente considerando que estamos a mitad del camino en muchos de ellos, se presenta como un desafío considerable. De 520 GW de proyectos anunciados en 2024 únicamente 20 GW han alcanzado la decisión final de financiación, suponiendo esta el mayor reto a superar para la penetración del hidrógeno. En cuanto a la capacidad de fabricación de electrolizadores, actualmente alcanza los 5 GW, aunque se ha multiplicado por nueve desde 2021. Los desafíos son grandes, sin embargo, el compromiso global y el deseo de liderar esta revolución energética mantienen viva la apuesta por el hidrógeno como solución transformadora.
El futuro del hidrógeno en España
España actualizó el PNIEC en 2023, incrementando el objetivo de capacidad de electrolizadores a 12 GW para 2030, más de una cuarta parte del objetivo total de la Unión Europea. Actualmente, España cuenta con una potencia instalada de electrolizadores de 35 MW, y tiene el mayor electrolizador de uso industrial de Europa: un electrolizador de 20 MW situado en Puertollano, Ciudad Real. Sin embargo, por el momento depende de fabricantes de electrolizadores externos.
«España cuenta con el mayor electrolizador de uso industrial de Europa. 20 MW situados en Puertollano, Ciudad Real»
Este compromiso refuerza la necesidad de planificar cuidadosamente para maximizar los beneficios económicos, ambientales y sociales de esta revolución. A pesar de los avances en la financiación y aprobación de proyectos, aún es necesario profundizar en el análisis de los impactos del hidrógeno en la economía, el uso del suelo y la sociedad.
Gracias al uso de Modelos de Evaluación Integrada, podemos simular escenarios complejos y evaluar los efectos de esta transición, garantizando una planificación basada en datos y con una perspectiva de sostenibilidad integral. En CARTIF, trabajamos para entender y optimizar el papel del hidrógeno en la transición energética. A través del proyecto HYDRA (nº GA 101137758), hemos analizado las políticas de hidrógeno a nivel europeo y global, utilizando Modelos de Evaluación Integrada (Integrated Aseessment Models-IAM por sus siglas en inglés) para explorar cómo esta tecnología puede integrarse de manera sostenible en distintos sectores.
La implementación de políticas como REPowerEU y el apoyo a «valles del hidrógeno» demuestran un compromiso sólido con el desarrollo de esta tecnología. Sin embargo, la colaboración internacional y la planificación estratégica seguirán siendo esenciales para maximizar su impacto positivo.
El hidrógeno renovable representa una oportunidad única para transformar nuestro modelo energético y avanzar hacia una economía más limpia y sostenible. Desde CARTIF, seguimos investigando y desarrollando soluciones que hagan realidad esta visión.
¡El futuro del hidrógeno es ahora! Únete a esta revolución y descubre cómo esta tecnología está cambiando el mundo.
Tratamiento y purificación de aguas residuales provenientes de diferentes industrias mediante métodos electroquímicos
No se puede concebir el mundo moderno sin las variadas industrias que le dan forma al mismo: la creación de productos de valor añadido a partir de materias primas, aunque es un concepto tan antiguo como la misma civilización, no se habría desarrollado de una forma tan vertiginosa sin la Revolución Industrial, que ha permitido obtener productos con escasa diferencia entre ellos en menos tiempo y por menor precio.
Como todo, este aumento de la industria ha traído parejos varios problemas. Muchos de ellos se han podido solucionar a lo largo del tiempo o han sido minimizados correctamente hasta el punto de que no son un problema. Al final del día, lo que se busca es que, en la transformación de las materias primas en productos, se produzca la menor cantidad de residuos posible, ya que esta generación conlleva el tratamiento de los mismos para poder disponer de ellos de forma adecuada.
Aún así, hay algunas industrias que son conocidas por dejar una marca indeleble en la zona en la que se sitúan, como puede ser la industria papelera. Es necesario añadir que en los últimos 20 años las regulaciones implantadas, así como el trabajo realizado desde las propias empresas de tratamiento de celulosa, ha ayudado a reducir la huella de carbono de la industria (indicador ambiental que pretende reflejar la totalidad de gases de efecto invernadero emitidos por efecto directo o indirecto de, en este caso, una organización).
Pero, aún con el trabajo realizado hasta ahora, es imposible un sistema en el que el residuo generado sea cero. Una industria como la papelera siempre va a generar aguas residuales que deben ser tratadas de forma diferente a las generadas en los hogares. Por ello, muchas empresas del ramo están buscando formas de inertizar sus corrientes residuales con el fin de que no supongan un problema para el medio ambiente.
Otra industria que adolece del mismo problema que la industria papelera es la industria minera, en la cual los metales pesados extraídos forman parte de la ganga de la mena, la cual no tiene interés económico para la empresa. El problema es cuando la concentración de los mismos es demasiado baja como para ser atrapados por métodos físicos como la coagulación o floculación, ya que, aunque se disminuye la cantidad de metales en las corrientes residuales, existe una cierta cantidad de compuestos dañinos para el medio ambiente y el ser humano que le da a las susodichas una concentración por encima de los niveles recomendados para ello.
Para solucionar estos problemas se han propuesto diferentes técnicas para controlar la cantidad de componentes nocivos que las industrias pueden descargar, pero, en esta entrada de blog, quiero hablar principalmente de diferentes técnicas electroquímicas que existen para llevar a cabo este cometido. Para ello, creo conveniente hacer un pequeño resumen de la rama que usan estas técnicas, que es la de la electroquímica.
Resumen de la electroquímica
Las reacciones electroquímicas se pueden dividir de acuerdo al potencial necesario para su realización. Cuando las reacciones químicas son inducidas por una diferencia de potencial externo, es decir, se necesita aplicar un voltaje para llevarla a cabo, el proceso se denominaelectrólisis. Por otro lado, si la diferencia de potencial eléctrico surge como resultado de una reacción química, es decir, se genera un voltaje como consecuencia de la reacción, estamos ante un «acumulador de energía eléctrica», comúnmente conocido como batería o celda galvánica.
«Electrólisis. Cuando las reacciones químicas son inducidas por una diferencia de potencial externo.»
Las reacciones químicas en las que se transfieren electrones entre moléculas se llaman reacciones redox, que viene del hecho de que, para llevarse a cabo una reacción electroquímica completa, debe haber una semirreacción en la que un compuesto se reduce y otra semirreacción en la que otro compuesto se oxida, dando así el origen a este tipo de reacciones. Estas reacciones son esenciales en electroquímica, ya que permiten los procesos que generan electricidad o son inducidos por la misma.
En términos generales, la electroquímica se dedica a investigar los casos en los que ocurren reacciones de oxidación y reducción de manera separada, ya sea físicamente o en diferentes momentos, dentro de un sistema conectado a un circuito eléctrico. Este aspecto es estudiado en química analítica, específicamente en el análisis potenciométrico.
El uso de la electroquímica en las aguas residuales de la industria se basa en el hecho de que los iones metálicos suelen tener distintos estados de oxidación (la carga eléctrica teórica que tendría un átomo si todos sus enlaces con otros elementos fueran completamente iónicos). Jugando con estos estados de oxidación y la presencia de contraiones que son capaces de formar una sal de baja solubilidad, se puede retirar una gran parte de los metales pesados, así como otros iones susceptibles de ser perjudiciales.
Industria papelera: desionización capacitiva
En el caso de CARTIF, una de las técnicas electroquímicas con las que se trabaja con el fin de tratar aguas procedentes de efluentes de la industria papelera, es la de desionización capacitiva.
La tecnología de desionización capacitiva (CDI, por sus siglas en inglés) se basa en la eliminación de aniones y cationes utilizando un campo eléctrico y electrodos compuestos por materiales derivados del carbono, los cuales cuentan con alta porosidad y buena conductividad eléctrica. Este método permite la acumulación localizada de cargas positivas y negativas alrededor de los electrodos en un proceso de celdas alternas, en el cual cada celda funciona como un supercondensador que almacena energía eléctrica mientras reduce la conductividad de la disolución debido a que se retiran cargas del medio.
La inversión de polaridad permite recuperar la energía acumulada al mismo tiempo que se limpian los electrodos en cuya superficie se han depositado los iones de carga contraria. Así, al hacer circular agua a contracorriente, se logra la recuperación de gran parte de la energía utilizada previamente en el proceso de desalación, que puede ser reutilizada para continuar reduciendo la cantidad de sales disueltas. Este proceso se repite en ciclos mediante varias celdas conectadas en paralelo, alternando las celdas en operación y las celdas en limpieza. Esto permite obtener de forma continua un flujo de agua desalada, un flujo de rechazo (corriente con una alta concentración de sales, que al aumentar su concentración es más fácil secar y almacenar en el futuro) y una recuperación energética que se emplea en las celdas activas.
«Inversión de polaridad. Recuperar la energía acumulada al mismo tiempo que se limpian los electrodos en cuya superficie se han depositado los iones de carga contraria.»
Las principales ventajas de la CDI son las siguientes:
Menor consumo energético en comparación con la ósmosis inversa (RO por sus siglas en inglés, la cual se basa en aplicar presión a la disolución para empujarla a través de una membrana de ósmosis semipermeable para filtrarla y retirar los iones presentes) ya que no requiere de altas presiones para funcionar y permite recuperar gran parte de la energía utilizada en la desalación, almacenada en las celdas como en un condensador.
Reducción en el uso de productos químicos, ya que no se requieren agentes quelantes para evitar obstrucciones como en las tecnologías basadas en membranas, así como no necesitar ni ácidos y bases para la regeneración de resinas en los sistemas de intercambio iónico.
Modularidad y compacidad. La posibilidad de utilizar múltiples celdas en paralelo facilita el montaje compacto y la ampliación progresiva del caudal de tratamiento mediante la adición de módulos, ofreciendo crecimiento escalable y mayor versatilidad, lo cual es de alto interés en la industria.
Industria Minera: electrocoagulación
En el caso de la industria minera, una técnica que se ha planteado en CARTIF es la de la electrocoagulación (EC), la cual tiene un rango de aplicación que también cubre a solidos suspendidos, aceite emulsionado, hidrocarburos y similares.
En su forma más simple, un reactor de electrocoagulación se compone de una celda electrolítica con un ánodo y un cátodo. Al conectarlo a una fuente de energía externa, el material del ánodo se corroe electroquímicamente debido a la oxidación, mientras que el cátodo se somete a pasivación.
Un sistema de electrocoagulación (EC) esencialmente consta de pares de placas metálicas conductoras en paralelo, que actúan como electrodos monopolares. Además, requiere una fuente de corriente continua, una caja de resistencia para regular la densidad de corriente y un multímetro para leer los valores de corriente. Las placas metálicas conductoras son comúnmente conocidas como «electrodos de sacrificio». El ánodo sacrificial reduce el potencial de disolución del ánodo y minimiza la pasivación del cátodo. Los ánodos y cátodos de sacrificio pueden ser del mismo material o de materiales diferentes, dependiendo de la composición de la disolución a tratar.
La disposición de electrodos monopolares con celdas en serie es eléctricamente similar a una sola celda con muchos electrodos e interconexiones. En una disposición de celdas en serie, se requiere una diferencia de potencial más alta para que fluya una corriente determinada, ya que las celdas conectadas en serie tienen mayor resistencia. Sin embargo, la misma corriente fluirá a través de todos los electrodos. En contraste, en una disposición en paralelo o bipolar, la corriente eléctrica se divide entre todos los electrodos en relación con la resistencia de las celdas individuales, y cada cara del electrodo tiene una polaridad diferente.
Durante la electrólisis, el lado positivo experimenta reacciones anódicas de oxidación, mientras que en el lado negativo se encuentran reacciones catódicas de reducción. Generalmente se usan placas metálicas consumibles, como hierro o aluminio, como electrodos de sacrificio para producir continuamente iones en el agua. Los iones liberados neutralizan las cargas de las partículas presentes en la disolución e inician la coagulación. Estos iones eliminan contaminantes indeseables, ya sea mediante reacción química y precipitación, o causando la coalescencia de los materiales coloidales, que luego pueden ser eliminados por retirada de la capa orgánica que se forma en la superficie de la disolución. Además, a medida que el agua que contiene partículas coloidales, aceites u otros contaminantes se mueve a través del campo eléctrico aplicado, puede producirse ionización, electrólisis, hidrólisis y formación de radicales libres, lo cual puede alterar las propiedades físicas y químicas del agua y los contaminantes. Como resultado, el estado reactivo y excitado provoca que los contaminantes se liberen del agua y sean destruidos o se hagan menos solubles.
Algunas de las ventajas de este sistema, en comparación con la coagulación química, son las siguientes:
Los flóculos formados por EC son similares a los flóculos generados por floculación química, excepto que los flóculos de EC tienden a ser mucho más grandes, contienen menos agua ligada, son resistentes al ácido y más estables, y por lo tanto, pueden separarse más rápidamente mediante filtración.
La EC puede producir un efluente con menos contenido de sólidos disueltos totales (TDS) en comparación con los tratamientos químicos, particularmente si los iones metálicos pueden precipitarse como hidróxidos o carbonatos insolubles.
El proceso de EC tiene la ventaja de eliminar las partículas coloidales más pequeñas, ya que el campo eléctrico aplicado neutraliza cualquier carga residual, facilitando así la coagulación mediante formación de micelas mayores.
El proceso de EC generalmente evita el uso excesivo de productos químicos, lo que reduce la necesidad de neutralizar el exceso de productos y disminuye la posibilidad de contaminación secundaria causada por sustancias químicas añadidas en alta concentración, como ocurre cuando se utiliza la coagulación química en el tratamiento de aguas residuales.
Las burbujas de gas producidas durante la electrólisis de tanto el agua de la disolución como los componentes en la misma pueden transportar convenientemente los componentes contaminantes a la superficie de la solución, donde pueden concentrarse, recogerse y eliminarse más fácilmente.
Como conclusión, podemos afirmar que la evolución industrial ha traído consigo desafíos medioambientales significativos, especialmente en la gestión de residuos y contaminantes tóxicos. Para mitigar estos efectos, la electroquímica ha emergido como una herramienta clave en la purificación de aguas residuales, destacando técnicas como la desionización capacitiva (CDI) y la electrocoagulación (EC). Estas tecnologías permiten reducir la concentración de metales pesados y otros contaminantes con un menor uso de productos químicos y menor consumo energético. Así, la electroquímica ofrece soluciones sostenibles para minimizar el impacto ecológico de las industrias al optimizar el tratamiento de sus residuos y contribuir a la protección ambiental.
En la transición hacia un mundo más sostenible, el hidrógeno verde ha surgido como un recurso esencial para descarbonizar sectores clave como la industria y el transporte. En 2024, la Unión Europea y otros países han redoblado sus esfuerzos con inversiones históricas para construir infraestructura y fomentar la producción de hidrógeno renovable, que será crucial para cumplir los objetivos climáticos. Esta inversión pone de relieve el papel fundamental del hidrógeno verde en la lucha contra el cambio climático y la creación de una economía libre de carbono.
El hidrógeno verde, a diferencia del convencional, se genera a partir tecnologías basadas en energías renovables (por ejemplo, a partir de celdas electrolíticas combinadas con energías renovables, como la eólica o la solar) sin emitir gases contaminantes. Este proceso lo convierte en una opción limpia y segura para reducir las emisiones globales. Sin embargo, su adopción masiva depende del éxito de desafíos en cuanto a transporte y almacenamiento, y aquí es donde las moléculas portadoras de hidrógeno tienen un rol esencial.
Moléculas portadoras de hidrógeno o «moléculas verdes»: la clave del desarrollo del sector del H2 verde.
El hidrógeno en su estado puro es difícil de almacenar y transportar debido a su baja densidad energética y a que necesita condiciones especiales de presión y temperatura. Las moléculas portadoras, como el metanol, el amoníaco y el ácido fórmico, permiten almacenar el hidrógeno de forma segura y estable, facilitando su manejo y transporte. Estas moléculas actúan como “embalajes” del hidrógeno, que puede liberarse en el punto de consumo sin complicaciones logísticas.
El metanol, un portador versátil, se obtiene combinando hidrógeno verde con CO₂ capturado, y puede reconvertirse en hidrógeno de forma práctica en el punto de uso. El amoníaco es otro portador prometedor, con una alta densidad de hidrógeno y una infraestructura de transporte ya existente, lo que lo hace ideal para aplicaciones industriales de gran escala. El ácido fórmico, menos conocido, es fácil de manejar y una opción excelente para aplicaciones más pequeñas, como pilas de combustible en vehículos ligeros.
Aplicaciones de H2 y sus derivados en el transporte e industria
La flexibilidad de estas moléculas portadoras abre un amplio abanico de aplicaciones. En el sector del transporte, pueden usarse en camiones, trenes y autobuses, permitiendo una movilidad sin emisiones de carbono. Este año hemos visto cómo los primeros autobuses de hidrógeno operan en Alemania, y Japón ha lanzado trenes de hidrógeno, mostrando el potencial de este recurso en el transporte público sostenible. Las moléculas portadoras hacen que el almacenamiento y recarga de hidrógeno verde sea más práctico, ayudando a reducir la dependencia de combustibles fósiles en largas distancias.
Fuente: Freepik.es
En la industria, el hidrógeno verde y sus portadores son alternativas viables para reemplazar el carbón en procesos de alta temperatura, como la producción de acero, y como materia prima en la industria química, donde el hidrógeno verde sustituye al hidrógeno gris en la producción de amoníaco y metanol, productos químicos esenciales en la fabricación de fertilizantes y plásticos.
Además, el hidrógeno verde también es clave en el almacenamiento de energía. Con el crecimiento de energías renovables, como la solar y la eólica, se necesitan métodos eficientes para almacenar el exceso de energía y liberarlo cuando es necesario. Los excedentes de energía renovable pueden convertirse en hidrógeno verde y almacenarse en portadores como el metanol o el amoníaco, que después pueden reconvertirse en energía cuando la demanda es alta o la generación renovable baja. Esto ayuda a una red eléctrica más estable y sostenible, y reduce la intermitencia de fuentes renovables.
Los desafíos y oportunidades que nos trae el futuro inmediato del H2 verde y sus «moléculas» derivadas
A pesar de su potencial, el hidrógeno verde todavía enfrenta desafíos importantes. Uno de ellos es el costo de producción, que sigue siendo elevado en comparación con los combustibles fósiles. Sin embargo, el avance tecnológico y el apoyo gubernamental están permitiendo reducir estos costos, con expectativas de que en los próximos años el hidrógeno verde sea más accesible. Además, se necesitan inversiones en infraestructura de distribución y estaciones de recarga para llevar el hidrógeno verde a gran escala, permitiendo su uso en aplicaciones industriales y de transporte en todo el mundo.
El Área de Biotecnología y Química Sostenible de CARTIF también estamos desarrollando tecnologías para hacer que la producción de hidrógeno verde sea más eficiente y económica, reduciendo los costos de la electrólisis y mejorando los materiales para el almacenamiento seguro del hidrógeno en moléculas portadoras. Estos avances acercan estas tecnologías a una escala comercial, haciendo que el hidrógeno verde sea competitivo y accesible en un mercado energético que exige cada vez más sostenibilidad. Mediante proyectos como CATCO2NVERS y H2METAMO, trabajamos en la captura de CO₂ para su conversión en metanol verde, un portador de hidrógeno de alto valor añadido. Estos proyectos no solo investigan cómo el metanol y el amoníaco pueden facilitar el almacenamiento y transporte del hidrógeno, sino que también exploran el potencial de estos portadores para su uso directo en aplicaciones industriales y energéticas.
«En CARTIF, somos pioneros en hidrógeno verde y su almacenamiento químico mediante en forma de moléculas verdes y estamos comprometidos con el avance del hidrógeno verde y sus portadores como solución para una economía baja en carbono»
En resumen, el hidrógeno verde y sus derivados están comenzando a transformar la forma en que pensamos sobre la energía. Este recurso representa una oportunidad única para reducir las emisiones de carbono y proporcionar energía limpia en diversas industrias y aplicaciones. En CARTIF, creemos que el hidrógeno verde es el camino hacia un futuro sostenible y estamos comprometidos con desarrollar tecnologías que permitan su adopción masiva para generar un impacto positivo en el planeta.
Co-autor
David Díez Rodriguez. Investigador del área de Biotecnología y Química Sostenible
Uno de los principales desafíos que afronta la cuenca mediterránea española es la escasez de recursos hídricos, un factor crítico para la producción agrícola en la región. La agricultura es un sector económico vital, donde predominan los cultivos de regadío, como hortalizas y, actualmente, los olivares. Estos últimos, tradicionalmente de secano, se han convertido en cultivos de regadío debido a la disminución en las precipitaciones observada en las últimas décadas. Tanto las hortalizas como los olivares requieren un suministro constante y adecuado de agua en sus fases de producción más exigentes, lo que intensifica la presión sobre los limitados recursos hídricos disponibles en la zona.
Estos cultivos de regadío son esenciales no solo para la producción de alimentos, sino también para la economía local y nacional. Por ejemplo, la producción de aceite de oliva en Andalucía es un pilar fundamental de la dieta mediterránea y representa una parte significativa de las exportaciones agroalimentarias de España. En 2023, España exportó 684.500 toneladas de aceite de oliva, lo que demuestra la importancia de este sector en el comercio internacional. El olivo, aunque es un árbol resistente a la sequía, tiene exigencias hídricas específicas que son cruciales para su desarrollo y producción. En general, los olivos requieren entre 0,4 y 0,8 litros de agua anuales, dependiendo de factores como el tipo de suelo, la edad del árbol y las condiciones climáticas. Durante períodos críticos, como la floración y el envero, las necesidades hídricas aumentan considerablemente, lo que hace que un riego adecuado sea vital para asegurar una cosecha de calidad.
Balance hídrico de Andalucia, España (2021-2050) (mm/día)
Además, la calidad del agua utilizada para el riego es fundamental. El agua con alta salinidad o contaminantes puede afectar negativamente el crecimiento del olivo y la calidad del aceite producido. Un riego inadecuado puede llevar a problemas como la reducción del rendimiento y la concentración de compuestos fenólicos, que son esenciales para las propiedades organolépticas del aceite de oliva. Por lo tanto, el uso de agua de calidad no solo es vital para la salud del olivo, sino que también influye directamente en la calidad del producto final, impactando en la rentabilidad del cultivo.
Sin embargo, la dependencia de estos cultivos con el agua de riego plantea diversos retos sobre la sostenibilidad a largo plazo, especialmente en un contexto de cambio climático que está exacerbando la escasez de agua. La gestión eficiente de los recursos hídricos se vuelve, por tanto, una prioridad para garantizar la viabilidad de la producción de aceite de oliva y otros cultivos en la región.
El proyecto PRIMA NATMed, coordinado por CARTIF, aborda la escasez hídrica en la región mediterránea mediante la implementación de Soluciones basadas en la Naturaleza (SbN) en infraestructuras hídricas existentes. Su enfoque innovador, basado en el desarrollo e implementación de «SbN de Ciclo íntegro del Agua» (Full-Water Cycle-NbS por sus siglas en inglés), busca optimizar la gestión del agua y mejorar los servicios ecosistémicos relacionados, además de proporcionar beneficios ambientales, sociales y económicos a las comunidades mediterráneas.
Una de las iniciativas clave de NATMed es la implementación y mejora de sistemas de tratamiento y almacenamiento de aguas residuales regeneradas para su reutilización en la agricultura. Esta estrategia, proporciona una fuente de agua alternativa, que no solo ayuda a conservar fuentes de agua natural reduciendo la sobreexplotación de los ecosistemas y recursos hídricos, sino que también proporciona a los agricultores una fuente confiable de riego, especialmente en regiones donde el agua es escasa. Además, el uso de agua regenerada aporta nutrientes a los cultivos como el fósforo o el nitrógeno, lo que reduce la necesidad de fertilizantes químicos y, por ende, disminuye los costos de producción, contribuyendo así a la sostenibilidad económica y ambiental de la agricultura en la región mediterránea.
Un ejemplo de esta estrategia es el caso de estudio español del proyecto localizado en el Centro de Nuevas Tecnologías del Agua (CENTA) en Carrión de los Céspedes, Sevilla, donde se están optimizando la combinación de varios humedales artificiales con el objetivo de proporcionar agua regenerada para el riego de cultivos como el olivar. Estos humedales pueden ser de diferentes tipos, incluyendo:
Configuración hibrida: Flujo Subsuperficial Vertical + Superficie de Agua Libre
Humedal de helófitas flotantes
Humedal de tratamiento aireado
Humedal de flujo vertical francés
Centro de Nuevas Tecnologías del Agua (CENTA) en Carrión de los Céspedes, Sevilla
Los humedales artificiales son ecosistemas creados por el ser humano que emulan los procesos naturales de depuración de agua encontrados en humedales naturales. Estas SbN aprovechan una intrincada red de interacciones entre el sustrato, las plantas y los microorganismos para purificar eficazmente las aguas residuales. A medida que el agua fluye a través del humedal, los contaminantes son eliminados mediante una serie de procesos complementarios: los sólidos en suspensión quedan atrapados en el laberinto formado por el sustrato y las raíces de las plantas; la materia orgánica es descompuesta por una comunidad diversa de microorganismos que prosperan en condiciones tanto aeróbicas como anaeróbicas; el nitrógeno es absorbido por las plantas o transformado por bacterias especializadas; el fósforo es capturado por el sustrato; y los patógenos son neutralizados por una combinación de factores, incluyendo sustancias tóxicas producidas por las raíces de las plantas y la acción de microorganismos depredadores. Esta sinergia de procesos físicos, químicos y biológicos convierte a los humedales artificiales en una solución eficaz y sostenible para el tratamiento de aguas residuales.
Por último, la optimización de humedales artificiales desarrollada en el proyecto NATMed busca abordar el reto de la escasez de agua en la agricultura de regadío mediante la provisión de fuentes alternativas de riego, que también reducen la necesidad de fertilizantes químicos, contribuyendo así a la sostenibilidad ambiental y económica de la región. Como parte de este enfoque, se medirán los parámetros de calidad del agua de riego para garantizar el cumplimiento de la normativa vigente, además de analizar los nutrientes que se aportan al suelo, como el fósforo y el nitrógeno, y su impacto en la producción de los cultivos. Un aspecto clave del proyecto es su potencial de replicabilidad en otras localidades para enfrentar el desafío de la escasez de agua en la región mediterránea, lo que se está facilitando a través de actividades de participación y formación con actores relevantes de la zona. Estas iniciativas son fundamentales para asegurar la viabilidad a largo plazo de la agricultura en la región frente al cambio climático y la creciente demanda de agua.
España es conocida por su clima mediterráneo, caracterizado por altas temperaturas y bajas precipitaciones, particularmente durante el verano. Estas condiciones atraen a muchos turistas cada año, que eligen España como destino de vacaciones para disfrutar de sus soleadas playas, emocionantes experiencias culturales y actividades de exterior. Desafortunadamente, este clima, perfecto para el turismo, trae unas consecuencias negativas para las zonas forestales. Y ¿sabes qué? El incremento de olas de calor y la prolongación de periodos de sequía, causados por el cambio climático, agravan el trabajo de los bomberos, quienes necesitan más recursos para extinguir esos fuegos.
Estadísticas de España. ¿Dónde nos encontramos?
En 2023, el Sistema Europeo de Información sobre Incendios Forestales (EFFIS) estimó que alrededor de 91.000 hectáreas de bosques fueron quemadas. ¡Eso es como quemar alrededor de 130.000 campos de fútbol! Mediante el uso de los datos del EFFIS, se pudo comparar la superficie quemada de diferentes países de la UE. Las conclusiones de esta comparación son que, en 2023, España fue el tercer país con mayor área incendiada, seguida de Grecia (174.773ha) e Italia (97.984ha). Es relevante destacar que Grecia, Italia y España presentan condiciones climatológicas similares, caracterizadas por altas temperaturas y bajas precipitaciones.
Estadísticas zonas quemadas en España. Fuente: EFFIS
Y aquí está la sorpresa: en 2024, las llamas han devorado ya 37.000 hectáreas, poniendo a España a la cabeza de otros países mediterráneos. Solo el reciente incendio en Andújar (Jaén) ha quemado ya 835ha que, habitualmente, albergaba grandes variedades de flora y fauna.
Zonas cálidas: las zonas más afectadas por los incendios forestales en España
No toda España es igualmente inflamable, pero algunas regiones definitivamente son más propensas al fuego. Andalucía frecuentemente experimenta incendios forestales, especialmente en áreas con densos bosques y matorrales. ¿Recuerdas el incendio de Sierra Bermeja en 2021? Fue uno de los peores incendios forestales en años. Cataluña, especialmente cerca de los Pirineos, también se enfrenta frecuentemente a incendios forestales, como las intensas llamas durante el ardiente verano de 2022. Y no nos olvidemos de Galicia al noroeste, donde los incendios forestales regularmente se extienden hacia zonas rurales y boscosas.
Fuente: Elordenmundial.com
¿Qué aviva las llamas?
¡Los humanos, por supuesto! Ya sea un campista descuidado, un pirómano o un agricultor que quema campos, habitualmente el ser humano es el que enciende la cerilla. Pero también los efectos del cambio climático son el mayor catalizador de los incendios forestales, por ejemplo el aumento de las temperaturas, que provoca un incremento del calor, y la sequía, que hace que la vegetación sea más susceptible de prender al reducir su humedad. Además, los cambios en los patrones de precipitaciones se traducen en una mayor frecuencia de sequías, lo que hace que la vegetación sea más propensa a incendiarse.
No olvidemos los eventos climatológicos extremos como fuertes tormentas, que producen relámpagos incrementando la probabilidad natural de incendio, mientras que los fuertes vientos avivan las llamas, comprometiendo el control de los fuegos, y haciendo que se propaguen.
Las secuelas: ¿Qué está en juego?
Cuando los incendios forestales arrasan, el daño no es solo medioambiental, también es económico y social. Bosques y hábitats naturales son destruidos con su consecuente pérdida de biodiversidad, degradación del suelo e incremento de las emisiones de carbono, una consecuencia directa de los incendios forestales en el medio ambiente. Económicamente, la destrucción de casas, infraestructuras y campos de agricultura afecta fuertemente a las comunidades. El turismo, una línea de vida para muchas regiones en este país, puede verse también severamente afectado. Y no hablemos de los riesgos para la salud.
Combatiendo los incendios con estrategias de innovación
Combatir los incendios forestales no es solo terminar con las llamas; se trata de ser inteligente y tener la capacidad de reaccionar antes incluso de que empiecen. Eso implica invertir en investigación para entender el comportamiento del fuego y los impactos del cambio climático, desarrollando nuevas tecnologías contra los incendios y educando a los ciudadanos para incrementar la sensibilización pública en esta materia.
El Gobierno de España también está intensificando las estrategias y soluciones para mitigar los riesgos de incendios forestales y adaptarse a los retos que plantea un clima cambiante que puede empeorar los riesgos, como unas mejores prácticas para la gestión del territorio (e.j. limpiando la vegetación y creando cortafuegos), la reforestación con especies resistentes a incendios o la mejora de sistemas de prevención temprana. Además, la implementación de un sistema de lucha contra incendios bien organizado que incluya brigadas, unidades aéreas y unidades militares es esencial para un rápido control de los incendios forestales. Además, la Unión Europea apoya a España en la Reserva Europea de Protección Civil, proporcionando más recursos para combatir grandes incendios forestales.
Contribución de CARTIF para abordar los riesgos de incendios de las regiones españolas
RethinkAction, un proyecto liderado por CARTIF tiene la provincia de Almería (Andalucía) como uno de sus casos de estudio. El proyecto recolecta información de la zona (e.j. valores históricos y futuros de las variables climatológicas), evalúa el potencial de los riesgos relacionados con el clima y crea mapas de riesgos. Estos mapas proporcionan estadísticas valiosas del riesgo de sequía, olas de calor y tormentas en cada municipio de la provincia y cada sector vulnerable que puede ser expuesto a estos riesgos como la agricultura, el turismo, la gestión del agua y la biodiversidad.
Además, CARTIF participa en el proyecto NEVERMORE. Este proyecto incluye a la región de Murcia como caso de estudio. Una evaluación de los riesgos relacionados con el clima y un mapa destacando los municipios más afectados son algunas de las acciones que se están llevando a cabo. Al igual que el proyecto RethinkAction, NEVERMORE proporciona información relevante no solo de los municipios más afectados si no también de los sectores involucrados más vulnerables. Conocer los municipios con mayor probabilidad de ser afectados por el cambio climático es realmente relevante para prevenir incendios, para identificar los recursos ausentes que son necesarios para contener posibles brotes.
