El proyecto PROMISERS está desarrollando alternativas sostenibles a los PFAS para su uso en electrolizadores y pilas de combustible de membrana de intercambio de protones.
La Comisión Europea reconoce ampliamente que el hidrógeno verde es un pilar clave de la transición hacia una energía limpia de la UE. Se espera que las tecnologías de pilas de combustible y electrolizadores desempeñen un papel clave en el logro de los objetivos de reducción de emisiones de Europa, especialmente en sectores que son difíciles de electrificar. Entre estas tecnologías, las celdas de combustible y los electrolizadores basados en membranas de intercambio de polímeros sólidos (PEM) se destacan como las soluciones más maduras y comercialmente viables, y actualmente dominan tanto en capacidad instalada como en crecimiento proyectado a corto plazo.
Sin embargo, todas las tecnologías actuales de hidrógeno basadas en PEM se basan en sustancias perfluoroalquiladas (PFAS), un grupo de miles de sustancias químicas sintéticas que se utilizan ampliamente en la UE y en todo el mundo. En última instancia, estas sustancias químicas se transforman en sustancias persistentes que pueden provocar una exposición ambiental irreversible y una acumulación en los tejidos humanos, provocando efectos adversos para la salud.
Sustancias perfluoroalquiladas (PFAS) en la tecnología del hidrógeno: desafíos y oportunidades
Los PFAS son esenciales para la producción de productos relacionados con el hidrógeno. Este suele ser el caso de las pilas de combustible y los electrolizadores que funcionan con membranas basadas en PFAS, más comúnmente PFSA (ácidos sulfónicos perfluoroalquilados) como NafionTM. Este material es química y mecánicamente robusto y al mismo tiempo exhibe una conductividad eléctrica excepcional debido a su microestructura única (separación de microfases, canales conductores de iones). Los ionómeros de PFAS también se utilizan ampliamente en capas de difusión de gases (GDL), capas de catalizadores, capas microporosas (MPL), electrodos, etc. Actualmente no existen alternativas comercialmente viables que exhiban las propiedades físicas y químicas deseables de los fluoropolímeros, y una prohibición de los PFAS sin alternativas adecuadas podría tener un impacto devastador en la inversión de la industria por valor de 30 mil millones de euros en 10 años (incluidos solo electrolizadores y pilas de combustible).
Materiales alternativos prometedores, como los polímeros a base de hidrocarburos y la celulosa, tienen el potencial de reemplazar los materiales actuales a base de PFAS. Los polímeros mesoporosos y especiales basados en hidrocarburos aromáticos exhiben una alta estabilidad térmica, química y mecánica en medios ácidos debido a su estructura aromática. Mientras tanto, la celulosa es el biopolímero más abundante, y sus formas a nanoescala, nanocristales de celulosa (CNC) y nanofibrillas de celulosa (CNF), son materiales interesantes para diseñar componentes clave de pilas de combustible y electrolizadores.
Proyecto Prometedores
El proyecto PROMISERS se puso en marcha para abordar la falta de sustitutos adecuados de los PFAS y desarrollar nuevos materiales no fluorados que allanaran el camino para las pilas de combustible y electrolizadores PEM sin flúor.
El proyecto PROMISERS tiene como objetivo desarrollar procesos industriales sostenibles para la fabricación de pilas de combustible PEM y pilas de electrolizadores PEM utilizando componentes y materiales no fluorados. Estos incluyen ionómeros, membranas, conjuntos de electrodos de membrana (MEA), MPL, electrodos y elementos de sellado. El objetivo final de este proyecto es demostrar el rendimiento competitivo, la durabilidad y la eficiencia de estos materiales recientemente desarrollados en pilas de combustible y pilas de electrolizadores.
Además, el proyecto tiene como objetivo examinar la circularidad por diseño y el potencial comercial de los materiales, las estrategias de ampliación y los procesos de producción, tanto a nivel de proceso como a lo largo de toda la cadena de valor. Esto se logra aplicando enfoques de simulación, protocolos de diseño de seguridad, cumplimiento de REACH y realizando evaluaciones del ciclo de vida (LCA) y del coste del ciclo de vida (LCC). Estas iniciativas garantizan la alineación de las prioridades del Pacto Verde Europeo con el objetivo de contaminación cero de la UE. A lo largo del proyecto, los materiales y componentes avanzan desde el nivel de preparación tecnológica (TRL) 1 al TRL 4, pasando de la investigación fundamental y la prueba de concepto a la demostración a escala de laboratorio en entornos relevantes.
El proyecto está financiado por el programa Horizonte Europa de la Comisión Europea con el apoyo de Clean Hydrogen Partnership. PROMISERS fue creado por un consorcio de líderes europeos de la industria y la investigación y tiene una duración de tres años y un presupuesto de casi 3 millones de euros. Los miembros del consorcio incluyen a Syensqo (Francia, Italia), Fumatech (Alemania), De Nora (Italia, Alemania), RINA Consulting (Italia), Hysytech (Italia), TNO (Países Bajos), IIT (Italia), Cellfion (Suecia) y Leitat (España) como coordinador.
Del concepto a la validación: novedades clave del proyecto PROMISERS
Este proyecto sigue dos enfoques principales para desarrollar componentes no fluorados para electrolizadores y pilas de combustible PEM. El primer enfoque se basa en hidrocarburos y el segundo en nanocelulosa. Cada camino comienza con el desarrollo de ionómeros libres de PFAS y la formulación de tinta, seguido de MEA y diseño de celda única, y culmina con la fabricación y validación de celdas de combustible PEM y pilas de electrolizadores PEM (Hysytech). El desarrollo de componentes no fluorados está respaldado por estudios de simulación y tecnologías de operadores (TNO, IIT).
El proyecto se lanzó oficialmente en las instalaciones de Leitat en enero de 2025 y está en marcha. Syensqo ha desarrollado el primer ionómero nuevo a base de hidrocarburos. Esto se distribuyó a los socios del consorcio que desarrollan y caracterizan componentes como membranas PEM (Fumatech) y formulaciones de tinta (De Nora). Los resultados iniciales de la caracterización del material son muy prometedores. Los socios del consorcio se centran actualmente en la optimización del proceso del material para cumplir con las normas REACH y los protocolos de diseño orientados a la seguridad, y están estudiando la posibilidad de llevar el material a un nivel industrial y producir mayores cantidades al final del proyecto (RINA).
Paralelamente, Cellfion y Leitat están avanzando en enfoques de base biológica mediante la optimización de materiales de nanocristales de celulosa (CNC) y nanofibrillas de celulosa (CNF) para mejorar el rendimiento de las membranas. Además, se han seleccionado materiales reforzados con nanofibras de base biológica para mejorar la estabilidad mecánica de las membranas PEM. Se han desarrollado las primeras muestras de membrana PEM y actualmente se están sometiendo a pruebas de rendimiento.
La implementación exitosa del concepto PROMISERS podría dar como resultado una reducción de aproximadamente 500 toneladas de material PFAS para 2030, según la demanda de celdas de combustible para 100.000 camiones y 1 millón de vehículos ligeros. En cuanto a los electrolizadores, se podría ahorrar una cantidad similar de 500 toneladas de aquí a 2030 para una capacidad de electrólisis de 40 GW.
Descargo de responsabilidad
Proyecto PROMISERS (acuerdo de subvención número 101192151). Este proyecto cuenta con el apoyo de Clean Hydrogen Partnership y sus miembros. Financiado por la Unión Europea. Sin embargo, los puntos de vista y opiniones expresados son los de los autores únicamente y no reflejan necesariamente los puntos de vista y opiniones de la Unión Europea o de Clean Hydrogen Bonding Business. Ni la Unión Europea ni las autoridades que otorgan licencias pueden ser responsables de ello.
Este artículo también se publicará en el número 24 de la revista trimestral.
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