En el escenario actual, con unas cada vez más estrictas normativas, en materia de reducción de emisiones de gases de efecto invernadero, el hidrógeno desempeña un papel crucial en la transición energética hacia la descarbonización de nuestro sistema energético para, de esta manera, poder cumplir los objetivos climáticos del Acuerdo de París y así detener el avance del cambio climático. Una profunda transformación del panorama energético global que permita limitar el aumento de la temperatura global por debajo de 2 °C y disminuir las emisiones netas de CO2 hasta un valor ideal de cero en 2050 (Agencia Internacional de las Energías Renovables, IRENA, 2021). En este contexto, el hidrógeno representa una potente alternativa para descarbonizar aquellos sectores difíciles de electrificar, como la industria termointensiva y el transporte de larga distancia. Sin embargo, para poder consolidarse en ese papel, primero se debe garantizar que la producción de hidrógeno esté libre de emisiones de CO2.
A este respecto, la mayor parte de la producción mundial actual de hidrógeno procede de la gasificación del carbón y del reformado del metano mediante vapor. Sin embargo, ambos procesos van acompañados de importantes emisiones de CO2 y deben evitarse para cumplir las restricciones sobre emisiones de gases de efecto invernadero. La electrólisis del agua basada en energías renovables es la tecnología más ecológica para la producción del llamado hidrógeno verde, esto es, libre de emisiones de CO2, pero la dependencia total de las renovables no es posible, al menos, en un futuro próximo. En consecuencia, se hacen imprescindibles procesos alternativos basados en combustibles fósiles, con una baja huella de carbono, que actúen como un estadio intermedio en esta transición energética.
En este sentido, la pirólisis del metano representa una alternativa relativamente limpia para la producción de hidrógeno a partir de gas natural. El proceso consiste en la descomposición térmica del metano (CH4), principal componente del gas natural, para generar únicamente hidrógeno (H2) y carbón sólido (C), con lo que se evita la liberación de CO2 (ver video). De esta manera, no es necesario hacer uso de tecnologías de captura y almacenamiento de CO2, puesto que todos los átomos de carbono presentes en las moléculas de metano pasan a formar carbón.
La huella de carbono asociada a la pirólisis de metano se debe a las emisiones de CO2 derivadas de la electricidad necesaria y a las generadas durante la extracción y el transporte del gas natural. En cualquier caso, estas son significativamente inferiores a las correspondientes a otras tecnologías bien establecidas para obtener hidrógeno como la gasificación del carbón o el reformado mediante vapor (Machhammer et al., 2016).
La descomposición térmica del metano requiere temperaturas superiores a 1000-1200 °C para alcanzar velocidades de reacción y rendimientos relevantes. Con el fin de reducir la temperatura de reacción y mejorar el rendimiento de hidrógeno, a lo largo de los años se han desarrollado diferentes catalizadores para este proceso. Desde un punto de vista industrial, sólo el uso de catalizadores de hierro y carbono es viable debido a su no toxicidad. De esta forma, el carbón obtenido puede ser almacenado y empleado, de forma segura, en distintas aplicaciones (Schneider et al., 2020).
Aunque el mecanismo de reacción se ha investigado ampliamente, no se han extraído conclusiones claras sobre las reacciones elementales y el paso que limita la velocidad. Por lo tanto, es necesario seguir investigando para dilucidar estas cuestiones y así poder desarrollar catalizadores adecuados para optimizar la producción de hidrógeno con temperaturas más bajas. Por otro lado, conocer el efecto de las impurezas del gas natural o encontrar una configuración adecuada del reactor, son cuestiones que también determinarán la implantación industrial de este proceso (Sánchez-Bastardo et al., 2021).
A pesar de que la pirólisis del metano no es un proceso sostenible, debido al agotamiento de las reservas de gas natural, puede ser una solución temporal adecuada hasta que las energías renovables estén bien establecidas. Sin embargo, la industrialización de la pirólisis de metano todavía tiene que superar muchos retos, para que pueda servir de puente en la evolución hacia una producción sostenible de hidrógeno basada en energías renovables.
Imagen: Distintas tecnologías para la obtención de hidrógeno a partir de combustibles fósiles y energías renovables