Hoy quiero hablaros de un problema del que cada vez se habla más, pero que aún sorprende a muchas personas: ¿qué pasa con las palas de los aerogeneradores cuando ya no sirven? Porque sí, también se “jubilan”, y cuando lo hacen, generan un residuo difícil de gestionar.
Todos estamos de acuerdo en que la energía eólica es una maravilla. Es limpia, renovable y una gran aliada contra el cambio climático. Pero, como casi todo en esta vida, también tiene su cara B. Lo primero que nos viene a la cabeza cuando pensamos en un aerogenerador son esas enormes palas girando con el viento para darnos electricidad sin contaminar. Y sí, eso es fantástico… mientras están en funcionamiento. El problema llega cuando estas palas llegan al final de su vida útil y hay que deshacerse de ellas. Entonces, lo que era una solución brillante, se convierte en un quebradero de cabeza. Y muy grande. Porque estas palas están diseñadas para resistirlo todo: viento, lluvia, sol, nieve… Por eso son ligeras y muy resistentes, gracias a los materiales con los que están construidas: materiales compuestos (fibra de vidrio y resinas) y madera de balsa. El inconveniente es que, precisamente por esos materiales resistentes, no son nada fáciles de reciclar. Y claro, la pregunta es inevitable: ¿qué hacemos con ellas?
Para que os hagáis una idea del tamaño del problema, solo en España, a finales de 2024, había 1.371 parques eólicos repartidos en 828 municipios, con nada menos que 22.210 aerogeneradores y más de 65.000 palas instaladas1. Y ojo, porque casi un 35% de esos aerogeneradores se pusieron en marcha antes de 2002, lo que significa que ya han superado los 20 años de vida útil, que suele estar entre 15 y 25 años. En otras palabras, en los próximos años nos enfrentamos a una auténtica avalancha de palas que habrá que desmontar y gestionar.
«En España, a finales de 2024, había 1.371 parques eólicos con 22.210 aerogeneradores y más de 65.000 palas instaladas»
¿Y si miramos más allá de nuestras fronteras? En Europa, se estima que para 2050, el volumen de residuos de palas generará más de 2 millones de toneladas al año, y que el total acumulado podría alcanzar los 43 millones de toneladas2. Todas esas toneladas se entienden mejor si recordamos que una sola pala puede medir más de 50 metros y pesar alrededor de 6 toneladas. ¡Casi nada! Toneladas y toneladas de palas que no podemos simplemente esconder bajo la alfombra (o más bien en el vertedero). Y no, obviamente esa no es una buena opción, ni es sostenible. Y lo más preocupante: todavía no existe una solución generalizada para todo ese material.
Y aquí es donde entra nuestro trabajo. En CARTIF, hemos estado trabajando precisamente en esto, en buscarle una segunda vida a estas palas. Uno de los proyectos en los que he participado se llama LIFE REFIBRE, y en él hemos desarrollado un equipo para reciclar mecánicamente estas palas. Lo que hacemos es triturarlas en condiciones muy controladas para recuperar la fibra de vidrio que contienen. ¿Y qué hacemos con esa fibra? Pues la hemos incorporado en mezclas asfálticas para carreteras. ¡Y funciona! Aporta propiedades extra que mejoran la durabilidad del firme. Así no solo evitamos que ese residuo acabe en el vertedero, sino que además damos un valor añadido a las carreteras, siendo un claro ejemplo de economía circular.
Lo interesante es que no hay una única forma de reciclar estas palas. Además del reciclado mecánico, en CARTIF también hemos investigado otras vías más avanzadas y prometedoras, como la pirólisis y el reciclado químico. La pirólisis es un proceso térmico en el que se calientan las palas en ausencia de oxígeno, lo que permite descomponer las resinas sin quemarlas. En este proceso se obtienen gases, líquidos y fibras de vidrio. Los gases y líquidos pueden valorizarse energéticamente, y las fibras de vidrio quedan prácticamente libres de resina. En CARTIF hemos trabajado en optimizar las condiciones del proceso para maximizar la recuperación de fibra con sus propiedades mecánicas lo más intactas posible. Por otro lado, el reciclado químico consiste en aplicar reactivos específicos para degradar las resinas de forma selectiva y así separar las fibras de vidrio sin dañarlas y conservando mejor sus propiedades estructurales. Esto permite reutilizarlas en aplicaciones de mayor valor añadido, como nuevos materiales compuestos, componentes para automoción, etc. Ambas técnicas presentan retos, como la eficiencia energética, la recuperación de subproductos o la escalabilidad industrial, pero su potencial es enorme. Al obtener las fibras de vidrio sin resina, se abre la puerta a reutilizarlas en productos mucho más exigentes. En CARTIF seguimos investigando estas vías porque creemos firmemente que el futuro pasa por soluciones que no solo eviten el vertedero, sino que transformen un residuo complejo en un recurso valioso.
Lo importante es no mirar hacia otro lado y pensar en lo que pasa cuando el molino deja de girar. Porque las palas no son de usar y tirar, ni de enterrar con disimulo. También merecen una segunda vida, y por eso necesitamos soluciones que sean sostenibles de verdad y circulares. Y, desde mi experiencia, os aseguro que se pueden encontrar. Porque sí, las palas también tienen derecho a una jubilación digna… y sostenible.
1 Asociación eólica española / Anuario Eólico 2024. La voz del sector
2 Wind energy in Europe / 2024 Statistics and the outlook for 2025-2030
En un mundo que busca reducir su huella de carbono y avanzar hacia una economía circular, los microorganismos anaerobios emergen como protagonistas en la lucha contra el cambio climático. Estos organismos, que prosperan en ambientes sin oxígeno, han sido empleados durante décadas en procesos como la digestión anaerobia para el tratamiento de residuos y la producción de biogás. Sin embargo, su potencial va mucho más allá. Gracias a los avances en biotecnología, los microorganismos anaerobios se perfilan como herramientas clave para la descarbonización industrial mediante procesos innovadores como la fermentación de gases (gas fermentation), en los que pueden transformar el CO2 o el CO en productos de alto valor añadido.
Las industrias pesadas, como la siderurgia, el cemento y la petroquímica, generan grandes cantidades de CO2 y CO como subproducto de sus procesos. Tradicionalmente, estos gases han sido liberado a la atmósfera, contribuyendo al calentamiento global. No obstante, la biología sintética y la biotecnología han abierto una nueva vía para aprovechar estas emisiones y convertirlas en productos valiosos mediante la acción de microorganismos anaerobios especializados.
Ciertas bacterias anaerobias, como las del género Clostridium, Moorella y Acetobacterium, pueden utilizar el CO2 y el CO como fuente de carbono y transformarlos en compuestos orgánicos mediante rutas metabólicas especializadas. Este proceso, conocido como fermentación de gases, facilita la conversión de emisiones industriales en productos químicos renovables, combustibles y biomateriales, promoviendo una economía más sostenible. Por ejemplo, Acetobacterium woodii y Moorella thermoacetica son bacterias acetogénicas capaz de convertir CO2 en ácido acético, un insumo clave para la industria química y alimentaria, mientras que especies como Clostridium ljundahlii pueden producir acetato y etanol, lo que las convierte en una alternativa viable para la generación de biocombustibles y otros productos de interés industrial.
Imagen de Clostridium autoethanogenum creciendo a partir de CO2/CO como fuente de C.
Además de etanol o ácido acético, las bacterias anaerobias son capaces de generar otros compuestos de interés como por ejemplo butanol, acetona y otros ácidos orgánicos como fórmico, propiónico o butírico. Estos productos son clave en la fabricación de plásticos, solventes y otros compuestos químicos con alta demanda industrial.
Los biopolímeros y bioplásticos representan otra vía prometedora. Cupriavidus necator puede transformar el CO2 en precursores de bioplásticos como polihidroxialcanoato (PHA) y polihidroxibutirato (PHB), materiales biodegradables que constituyen una alternativa sostenible a los plásticos convencionales derivados del petróleo.
Finalmente, las proteínas unicelulares obtenidas a partir de CO2 pueden ser producidas por diversas especies de hidrogenotrofos, que convierten gases como el CO2 e hidrógeno en biomasa rica en proteínas. Estas proteínas microbianas pueden utilizarse como una fuente alternativa para la alimentación animal e incluso humana, contribuyendo a la seguridad alimentaria global y reduciendo la presión sobre los recursos agrícolas tradicionales.
«Estas proteínas microbianas pueden utilizarse como una fuente alternativa para la alimentación animal e incluso humana»
El aprovechamiento de microorganismos anaerobios para la conversión de CO2 en productos de valor ofrece múltiples ventajas. En primer lugar, reduce las emisiones industriales, mitigando el impacto ambiental de sectores altamente contaminantes. Además, permite una producción sostenible de compuestos químicos y combustibles sin depender de recursos fósiles o cultivos agrícolas.
Actualmente, ya existen procesos de fermentación de gases a nivel industrial que están demostrando su viabilidad. Por ejemplo, la empresa LanzaTech ha desarrollado tecnologías basadas en bacterias acetogénicas para transformar CO2 y CO en etanol y otros productos químicos, utilizando gases residuales de la industria siderúrgica. Esta tecnología ha sido implementada en países como China y Bélgica, donde plantas industriales operativas han logrado convertir emisiones en biocombustibles y materiales renovables. Otro caso es la empresa Carbon Recycling International (CRI), que emplea microorganismos en Islandia para convertir CO2 en metanol, un compuesto clave en la industria química y de transporte.
Sin embargo, a pesar de su enorme potencial, la implementación de la fermentación de gases a escala industrial enfrenta desafíos técnicos y económicos. Entre ellos, se encuentran la optimización de los bioprocesos para mejorar la eficiencia de conversión del CO2, la reducción de costos operativos y el desarrollo de bioreactores adecuados para la producción a gran escala. Además, es necesario avanzar en el diseño de microorganismos modificados genéticamente que puedan maximizar la conversión de CO2 en productos específicos de interés industrial.
El área de Biotecnología y Química Sostenible de CARTIF ha desarrollado durante los últimos años una intensa actividad investigadora en torno a la tecnología de fermentación de gases y el manejo de microorganismos anaerobios. Concretamente, la ejecución de proyectos de I+D comoBioSFerA o CO2SMOSnos ha permitido poder posicionarnos en el panorama europeo como una entidad capaz de trabajar de forma exitosa con esta peculiar clase de microorganismos y poder optimizar específicamente sus condiciones de crecimiento en biorreactor presurizado, para incrementar rendimientos de producción de diversos compuestos como acido acético, etanol o 2,3-butanodiol.
A medida que la investigación y el desarrollo continúen avanzando, estos microorganismos desempeñarán un papel aún más fundamental en la transición hacia una industria más sostenible y una sociedad con menor impacto ambiental.
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.
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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
