ECO2Fuel diseña un electrolizador de CO2 en stack de 50kW

El Pacto Verde Europeo y la Ley Europea del Clima han elevado significativamente las ambiciones climáticas de la UE, estableciendo como objetivo la neutralidad climática para 2050, con una meta intermedia de reducir al menos un 55% las emisiones netas de gases de efecto invernadero para 2030 en comparación con los niveles de 1990. Lograr estos objetivos requiere el desarrollo y la adopción de tecnologías avanzadas de captura y almacenamiento de carbono (CCS) y captura y utilización de carbono (CCU). Las innovaciones en estos campos son esenciales para convertir los ambiciosos objetivos climáticos en resultados tangibles.

Una de estas innovaciones está siendo desarrollada por el proyecto ECO2Fuel, financiado por la UE a través del programa Horizonte Europa. “Estamos muy orgullosos de haber desarrollado uno de los electrolizadores de CO₂ a gran escala más grandes del mundo, con un área activa total de 3,75 m². El camino desde el diseño minucioso hasta el ensamblaje meticuloso del stack ha sido un desafío, pero al mismo tiempo gratificante", comentó Faria Huq, coordinadora del proyecto en DLR. "Este hito nos acerca a entregar un sistema robusto y escalable capaz de reducir las emisiones de gases de efecto invernadero y producir combustibles electrónicos para los sectores del transporte y la energía”.

Este sistema de electrolizador opera a presiones elevadas, lo que puede aumentar su eficiencia. Incluye un sistema que monitoriza constantemente los gases producidos. Un aspecto clave de su funcionamiento es la reutilización de la mezcla específica de gases generados en el electrodo negativo (cátodo), lo que puede mejorar significativamente la conversión del dióxido de carbono en nuevos productos valiosos.

Tras una fase de desarrollo intensiva de dos años y medio, el proyecto ECO2Fuel, financiado por la UE, ha logrado un importante hito: el ensamblaje del stack de 50kW en el sitio de pruebas de electrolizadores de Vito en Mol, Bélgica. "Este logro refleja un extenso trabajo en componentes críticos de las celdas, incluidos electrocatalizadores avanzados, membranas y placas bipolares, marcando una contribución significativa hacia los objetivos europeos de energía limpia", expresaron fuentes del proyecto a través de un comunicado de prensa.

ECO2Fuel está comprometido con la innovación en soluciones energéticas sostenibles. Con este hito, sienta una base prometedora para las próximas etapas de pruebas e implementación. La ampliación del sistema es un objetivo clave del proyecto, con la meta de probarlo a una escala de 1MW en el sitio de RWE en Alemania para 2026. Esto requirió un diseño de celda de 1500 cm², superando con creces los stacks de electrodiálisis presurizada de CO₂ utilizados actualmente. Para el stack de 50kW se utilizan un total de 25 celdas de 1500 cm², lo que crea un área total de 3,75 m². Según fuentes del proyecto, “este tamaño de celda representa el nivel más avanzado y moderno en la tecnología actual en la electrolisis de agua con membrana de intercambio de protones (PEM)”.

Joost Helsen, gerente del proyecto en Vito, explicó: “La razón para elegir este tamaño del stack fue principalmente la posibilidad de escalar fácilmente este diseño a 1MW sin cambiar el diseño de la celda individual. Ya hemos enfrentado y resuelto varios desafíos, como el sellado del stack a presiones más altas, la gestión del flujo de gases y líquidos, la integridad estructural de los componentes del stack, entre otros”.

Actualmente, el equipo de ECO2Fuel está realizando pruebas exhaustivas para garantizar la eficiencia del sistema, centrándose en la conductividad eléctrica de las membranas, el proceso de conversión química y la estabilización general del sistema.

• Diseño rectangular con flujo cruzado para mayor flexibilidad
• Posibilidad de inyección directa de agua
• Adecuado para procesos de gas/líquido
• Capacidad de usar componentes activos muy delgados como electrodos y membranas
• Preparado para altas presiones (hasta 45 bares de presión manométrica o barg)
• Nuevo diseño de campo de flujo apto para estampado/hidroformado

Esquema del proyecto ECO2Fuel. Fuente: ECO2Fuel.

ECO2Fuel es un proyecto europeo financiado bajo el programa Horizonte 2020 (Green Deal). Su objetivo es diseñar, fabricar, operar y validar un sistema directo de conversión electroquímica de CO2 de baja temperatura a escala de 1MW para producir combustibles electrónicos y productos químicos sostenibles y económicos.

Este ambicioso proyecto reúne a una coalición de empresas e instituciones de investigación líderes, fomentando una red de innovación intersectorial para lograr avances tecnológicos y ambientales significativos: Deutsches Zentrum für Luft-und Raumfahrt e.V. (DLR), RWE, Bekaert, De Nora, HyGear, Ariema, Energía y Medioambiente S.L., Monolithos Ltd., Hydrolyte, Think11, Meta Group, Centro Ricerche Fiat SCPA, DTU – Universidad Técnica de Dinamarca, Universitat Politècnica de València (UPV), Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR) y Vito.

La captura y conversión de CO2: una solución clave para la sostenibilidad

La captura y conversión de dióxido de carbono (CO2) mediante electrólisis es una tecnología prometedora que busca transformar este gas de efecto invernadero en productos químicos y combustibles valiosos. Este proceso consiste en recolectar CO2, generalmente de fuentes industriales o directamente del aire, y someterlo a una reacción electroquímica que, mediante electricidad, lo reduce a compuestos como monóxido de carbono (CO), ácido fórmico, metanol o hidrocarburos más complejos. A diferencia de la electrólisis del agua, cuyo objetivo principal es descomponer H2O en hidrógeno (H2) y oxígeno (O2), la electrólisis de CO2 permite aprovechar el carbono presente en el gas para generar productos energéticos y químicos, contribuyendo a la economía circular y la reducción de emisiones.

Una de las grandes diferencias entre ambos procesos radica en los reactivos y productos generados. La electrólisis del agua produce hidrógeno, que actúa como un portador de energía limpio y versátil, mientras que la electrólisis de CO2 no solo captura este gas de efecto invernadero, sino que lo convierte en compuestos útiles que pueden ser utilizados como combustibles sintéticos o como materias primas para diversas industrias. Por ejemplo, el monóxido de carbono generado puede combinarse con hidrógeno para producir gas de síntesis, que a su vez se utiliza en la creación de combustibles líquidos como el metanol. Este enfoque no solo reduce las emisiones, sino que también crea un sistema cerrado donde el CO2 capturado se recicla en lugar de liberarse a la atmósfera.

Además, la electrólisis de CO2 enfrenta desafíos técnicos más complejos que la de H2O debido a la estabilidad química del dióxido de carbono, lo que requiere catalizadores más avanzados, como cobre o metales nobles, para facilitar su conversión. Mientras que la electrólisis del agua utiliza electrodos y membranas diseñados para manejar exclusivamente hidrógeno y oxígeno, los sistemas de CO2 deben gestionar mezclas de gases y líquidos, optimizar la selectividad de los productos y operar bajo condiciones más específicas. Esta tecnología, aunque aún en desarrollo, promete desempeñar un papel crucial en la transición energética al permitir la producción de combustibles sostenibles y químicos a partir de un gas considerado un residuo.

Fuentes: 

1. European Commission. (2021). SELECTCO2 project: Advanced CO2 electrolysis technologies. Recuperado de https://cordis.europa.eu/project/id/817992
2. Senza Hydrogen. (s. f.). Tipos, procesos y aplicaciones de los electrolizadores de hidrógeno. Recuperado de https://senzahydrogen.com/es/tipos-procesos-y-aplicaciones-de-los-electrolizadores-de-hidrogeno/
3. ECO2Fuel Project. (2025). Innovative CO2 electrolysis systems: A scalable approach to e-fuel production. Recuperado de https://eco2fuel-project.eu/
4. Hydrogen Tech World. (2023). Electrochemical reduction of CO2: Challenges and opportunities. Recuperado de https://hydrogentechworld.com