Electrólisis: de los pupitres a un futuro sostenible

La sencillez con la que se reproduce el fenómeno de la electrólisis, incluso en su forma más básica, es quizá proporcional a su importancia en la sociedad actual. En resumen, la electrólisis consiste en transformar la energía eléctrica en energía química, exactamente lo contrario de lo que ocurre en una pila ordinaria de un mando a distancia de televisión.

Definida etimológicamente como “descomposición por electricidad”, la electrólisis puede adoptar diversas formas, pero siempre hay un denominador común: para que se produzca, es necesario alimentar artificialmente el proceso con corriente eléctrica continua, por lo que se trata de una reacción provocada y no espontánea.

Este flujo de energía viaja a través de los electrodos de una célula electrolítica obligando a los electrones a participar en reacciones de oxidación en uno de los electrodos (el ánodo) y de reducción en el otro (el cátodo). Mediante esta descarga eléctrica aplicada es posible romper las moléculas y obtener los productos deseados.

La electrólisis se divide en dos tipos esenciales: la electrólisis ígnea, en la que la sustancia líquida está fundida, sin presencia de agua, y la electrólisis acuosa, en la que una sustancia se disuelve en agua, formando una solución electrolítica.

En un medio acuoso, si realizamos la electrólisis del agua podemos separar el oxígeno del hidrógeno. Pero si añadimos sal (cloruro sódico) al agua, con lo que se obtiene una salmuera, ya es posible obtener cloro, un elemento esencial en muchas actividades, o incluso garantizar una necesidad básica, que es el agua potable.

Pero eso no es todo: a partir de este proceso, llamado cloro-álcali, también se puede obtener hidróxido de sodio (comúnmente conocido como sosa cáustica), hipoclorito de sodio (un potente desinfectante conocido como lejía), ácido clorhídrico (conocido comercialmente como ácido muriático), así como hidrógeno, que muchos consideran la energía del futuro. En definitiva, se trata de un conjunto de derivados con amplia aplicación en contextos domésticos e industriales.

El proceso de electrólisis en un contexto industrial ha sufrido una notable evolución en las últimas décadas.

El logro más relevante fue la transición del uso del mercurio, que llevaba más de cien años utilizándose, a la incorporación de las tecnologías de diafragma a partir de los años setenta y posteriormente, desde finales de los ochenta, de los sistemas de membrana.

El uso de mercurio suponía diversos riesgos medioambientales y de seguridad, por lo que la industria fue adaptando su proceso de producción a los nuevos sistemas de electrólisis, a pesar de los elevados costes de la modernización. En 2013 entró en vigor la Directiva de Emisiones Industriales, lo que hizo que el método del mercurio en la producción de cloro-álcali en la Unión Europea se abandonara definitivamente a partir de finales de 2017.

El sistema de electrólisis de membrana consiste en un recipiente (un electrolizador) separado en su interior por una membrana o tela perforada. En uno de los compartimentos se producen reacciones catódicas (polo negativo) y, en el otro, reacciones anódicas (polo positivo). La membrana sirve para separar los iones y evitar reacciones secundarias con productos no deseados.

Además de eliminar el riesgo de impacto ambiental del mercurio, la tecnología de membranas es menos exigente en términos de mantenimiento y requiere menos consumo de energía. Bondalti fue uno de los primeros productores en implementar la electrólisis con célula de membrana.

La historia de la electrólisis comienza en el siglo XIX. En la misma época en la que Allesandro Volta (1745-1827) inventó la pila eléctrica, otros científicos intentaron comprender cuáles serían los efectos de colocar dos cables conductores conectados a la misma pila en un recipiente con agua. El resultado fue inmediatamente evidente: se liberaron burbujas de gas (hidrógeno y oxígeno) en las superficies de los hilos conductores.

Tras varios experimentos realizados por otros científicos de renombre de la época, es Michael Faraday (1791-1867), físico y químico británico, considerado uno de los científicos más influyentes de todos los tiempos y precursor de la electroquímica, el que asume definitivamente la paternidad del descubrimiento.

De hecho, establecidas en 1834, las famosas (dos) Leyes de Faraday son el resultado de un largo proceso de experimentación y descubrimiento. La primera nos dice que “la masa de un elemento, depositada durante el proceso de electrólisis, es directamente proporcional a la cantidad de electricidad que pasa por la célula electrolítica”; mientras que la segunda afirma que “las masas de diversos elementos, cuando se depositan durante la electrólisis por la misma cantidad de electricidad, son directamente proporcionales a sus equivalentes químicos”.

Faraday fue también el responsable de crear el léxico del proceso y términos como “electrolito”, “ánodo”, “cátodo”, “electrodo” e “ion”, consolidando la información obtenida hasta entonces y estableciendo un punto de partida para una tecnología que hoy es ampliamente utilizada e indispensable en el mundo actual.

En el futuro, el hidrógeno puede convertirse en un elemento fundamental para la sostenibilidad del planeta. Al captarse sin el uso de combustibles fósiles y la consiguiente emisión de dióxido de carbono a la atmósfera, puede ser la base de una economía descarbonizada, la piedra angular de la urgente transición climática.

El hecho de que sea el elemento más abundante del universo podría sugerir que es fácil de obtener, pero paradójicamente, según la ciencia actual, ocurre lo contrario.

Aunque hay otras formas de hacerlo, que no son viables ni económica ni medioambientalmente, la forma más adecuada de captar el hidrógeno es la electrólisis. Sabiendo que este proceso implica necesariamente una fuente de energía, queda claro que la única forma de obtener este elemento de forma sostenible, es decir, el llamado hidrógeno verde, es mediante el uso de fuentes de energía renovables.

En calidad de mayor empresa portuguesa en el área de la química industrial, Bondalti es hoy un actor importante en la cadena de valor del hidrógeno y asume la incorporación de este elemento como un pilar estratégico para el futuro.

El proyecto Bondalti para la producción de hidrógeno en el Complejo Químico de Estarreja ha obtenido el estatus de “Proyecto Importante de Interés Común Europeo” (IPCEI) otorgado por la Comisión Europea.

Denominado H2Enable, y también integrado en las agendas movilizadoras del PRR (Programa para la Recuperación y la Resiliencia) con una inversión estimada de 142 millones de euros hasta 2026, el proyecto liderado por Bondalti, y que incluye a otros socios, como Air Liquide, Faculdade de Engenharia do Porto, APQuímica e HyLab, consiste en la construcción de una infraestructura para la producción de hidrógeno verde en el Complejo Químico de Estarreja.

H2Enable se alinea con los objetivos europeos de descarbonización y reindustrialización, basados en tecnologías avanzadas, inteligentes y eficientes, bajo impacto ambiental, orientación hacia productos más cualificados y con mayor valor añadido, así como los principios de circularidad.