Investigadores argentinos avanzan en el desarrollo de tecnologías para la transición energética

Todos los lunes, alrededor de 30 investigadores de Córdoba, Berisso, Santa Fe, Catamarca y CABA, coordinados por la física María Herrera, de Y-TEC, la compañía conformada por YPF y el Conicet, se reúnen en forma virtual para darle forma aceleradamente a un proyecto de transferencia tecnológica que permitiría avanzar en el cambio estructural del sistema nacional de producción de energía, abrir la puerta a nuevas exportaciones en la región y sustituir importaciones. Además, tendría aplicación casi inmediata en la industria local. Se trata del diseño, desarrollo y construcción de un electrolizador de alta potencia para producir hidrógeno, una de las “vedettes” actuales en el escenario de la transición energética.

El de Y-TEC, en colaboración con el Instituto de Investigaciones en Fisicoquímica de Córdoba (Infiqc), el Centro Regional de Energía y Ambiente para el Desarrollo Sustentable (Creas), y el Instituto de Química Física de los Materiales, Ambiente y Energía (Inquimae) y el Centro de Investigación en Métodos Computacionales (Cimec) es uno de los trece programas que obtuvieron un subsidio del Fondo Argentino Sectorial (Fonarsec, cuyo objetivo es desarrollar capacidades críticas en áreas de alto impacto potencial y transferencia al sector productivo), que acaba de adjudicar casi 1.170 millones de pesos a 25 instituciones públicas y privadas.

“Es un desafío difícil, pero lo estamos logrando –afirma Herrera–. Fuimos los que quedamos primeros, con 97 puntos sobre 100, y recibiremos 155 millones de pesos (algo así como un millón de dólares)”. El costo de un dispositivo de este tipo producido comercialmente en Europa y puesto en el país ronda los tres millones de dólares.

El proyecto de Y-TEC complementa una iniciativa presentada en Córdoba y cuyos impulsores (Esteban Franceschini y Gabriel Correa) también participan en este desarrollo. Pero mientras aquella apunta a un prototipo más pequeño, de baja y mediana potencia (cinco a diez kW de potencia), éste arranca en 10 kW y contempla un escalado que llega a 1.15 MW.

“Para hacerse una idea de las diferencias –explica Herrera–, en el electrolizador de baja escala, los electrodos son una placa circular de unos 25 cm de diámetro. En cambio, en el nuestro, esa geometría hay que llevarla a 80 cm de diámetro. Todo se magnifica y los desafíos empiezan a ser mayores, porque hay que trabajar a más altas temperatura, presión y fundamentalmente mayor corriente, lo que exige desarrollo de materiales”.

Los científicos y tecnólogos argentinos saben que no van a inventar la pólvora. Se trata de una tecnología madura, pero que acá nunca se hizo. Y la receta no se encuentra en Internet. Sin embargo, a excepción de una membrana que habrá que importar y aunque arrancaron casi con una hoja en blanco, el conocimiento está y todas las piezas se pueden construir en el país. “Los componentes (separadores de gases, electrónica de control, sensores, rectificadores, sistemas periféricos) pueden producirlos proveedores locales –destaca Herrera–. Por eso, la estrategia que nos planteamos es avanzar rápido y en tres años tener electrolizadores transferidos al sector productivo”.

Por lo pronto, ya tienen un interesado, Tenaris, cuyas metas de “descarbonización” son ambiciosas: para 2030, la fábrica de acero se propone reducir la intensidad de las emisiones de dióxido de carbono asociadas con sus procesos en un 30% respecto de 2018.

“En sus hornos, ellos utilizan gas, que es un combustible fósil –describe Herrera–. La idea es  reemplazar una parte por hidrógeno verde, o sea producirlo con un electrolizador acoplado a energías renovables y así bajar las emisiones. Cuando nos presentamos al Fonarsec, nos dieron una carta de aval en la que confirman que están interesados en adoptar el desarrollo nacional. Eso fue el puntapié inicial, pero el objetivo final es transferir la tecnología a una empresa que produzca electrolizadores para su venta en la Argentina y en la región”.

El proyecto tiene tres etapas. La primera arranca en 10 kW de potencia con el desarrollo de la “bi-celda electroquímica”, que es el corazón del equipo –cuenta Herrera–. En la segunda, avanzamos a 200 kW y conformamos el primer stack, compuesto por 45 electrodos de los que desarrollamos en la primera etapa (en un arreglo que mide aproximadamente un metro cúbico). La tercera alcanzaría el MW y estaría integrada por seis stacks”.

Entre otras cosas, uno de los aspectos en los que tendrán que aplicar su capacidad de innovación es en el sistema de control del electrolizador. “Uno trabaja a diez bares de presión y a 70 grados de temperatura, con lo que hay que tener un buen manejo del hidrógeno, que no haya pérdidas, ya que es explosivo cuando se combina con el aire –detalla Herrera–. Por eso tuvimos que hacer este consorcio, porque se necesitan especialistas en muchas áreas de conocimiento, no hay ningún instituto del Conicet que tenga la capacidad total. El rol de Y-TEC es aportar algo que le falta a las universidades y los institutos de investigación, la planta para el escalado. Para esto, vamos a armar una estación de testeo de electrolizadores de alta potencia, que en este momento no existe en el país”.

Litio de alto valor agregado

Otra línea subsidiada por el Fonarsec es la vinculada con aplicaciones del litio. Entre ellas, una que intentará desarrollar tecnologías ambientalmente benignas (y que agreguen valor a las reservas que el país tiene en la Puna) para separar los dos isótopos [átomos de un mismo elemento, cuyos núcleos tienen una cantidad diferente de neutrones] en que se presenta el litio: el litio-7 (Li-7), que representa un 92,5% del natural, y el litio-6 (Li-6).

“Nos adjudicaron 120 millones de pesos, que se suman a 38 millones de contraparte que ponen la Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA), Invap y Nucleoeléctrica Argentina (NASA)”, cuenta Horacio Corti, investigador de la CNEA y profesor de dedicación simple en la Facultad de Ciencias Exactas de la UBA, y coordinador del proyecto. Si bien estos subsidios son importantes, los científicos esperan que se concreten a la brevedad para poder importar insumos y equipamiento sin que el aumento de la divisa norteamericana afecte su poder de compra.

“Ambos isótopos tienen propiedades muy distintas –explica Corti–. El Li-7 es transparente a los neutrones [partículas subatómicas sin carga que se encuentran en el núcleo de los átomos]; es decir, no los absorbe, pasan de largo, mientras que el Li-6 sí lo hace, reacciona y genera tritio [un isótopo del hidrógeno], partículas alfa y mucha energía. Cuando uno los separa, el primero se puede usar muy purificado como aditivo en reactores nucleares como los que tenemos en la Argentina, de agua pesada presurizada, para mantener el pH alcalino y que no se corroan los materiales. No se puede emplear hidróxido de sodio o de potasio porque se activan con los neutrones del reactor y se generan productos radioactivos; en cambio el Li-7 no genera nada. También se usará en los futuros reactores de cuarta generación, que empezarán a aparecer a fines de esta década. Estos utilizan sales fundidas y el Li-7 ofrece la ventaja de que no produce tritio”.

Por su parte, el Li-6 se usa en placas centelladoras que se emplean, por ejemplo, para hacer “tomografía de neutrones” de distintos objetos. “Permite tomar imágenes porque, cuando es bombardeado por neutrones, emite energía que excita un colorante que hay en la placa y eso genera luz –destaca el científico–. Es complementario de la técnicas de rayos X, porque con neutrones uno puede ver átomos livianos que no se divisan con estos últimos. Así, es posible estudiar dispositivos en los que hay hidrógeno, como las celdas de combustible, o litio, como las nuevas baterías”.

Pero se anticipa que el uso futuro más interesante del Li-6 se dará en los reactores de fusión como el Iter, actualmente en construcción en Cadarache, al sur de Francia, que si funcionan, prometen ofrecer cantidades ilimitadas de energía limpia. “Estos reproducen la reacción que ocurre en el interior del Sol; es decir, la fusión de deuterio (²H, el isótopo de masa 2 del hidrógeno) con tritio (³H, el isótopo de masa 3) –explica Corti–. El primero es relativamente abundante en la naturaleza, se puede sacar del agua de mar. Pero el tritio casi no existe en forma natural. Se producen pequeñas cantidades en los reactores, pero no alcanza para mantener en funcionamiento uno como el que se está levantando en Francia, que es de medio gigawatt. Hay que generarlo y la forma de hacerlo artificialmente es bombardeando Li-6 con neutrones. Así, se lo transforma en tritio, partículas alfa y energía. En los reactores de fusión, el Li-6 es como un combustible. Al contrario de lo que ocurre en las baterías, en las que va de un electrodo a otro, pero no se gasta, en aquellos se consume para producir tritio, que después se fusiona con el deuterio”.

Es en esta aplicación donde reside su aspecto más atractivo y el enorme valor que adquirirá, de acuerdo con los pronósticos. “Todavía no hay un precio de mercado, pero se estima que valdrá unos 50.000 dólares el kilo –afirma Corti–, muchísimo más que los 70.000 dólares la tonelada a los que hoy se comercia el carbonato de litio que se extrae de las salinas”.

Dos estrategias

Los investigadores piensan lograr la separación de dos maneras. Una es electroquímica: cuando se inserta litio por métodos electroquímicos en un metal o en un óxido metálico, lo hace preferentemente el Li-6. “Si uno repite este proceso varias veces, puede ir obteniendo cada vez más”, explica Corti.

La otra la están desarrollando con colegas del Centro Atómico Bariloche. “Cuando se irradia con láser vapor de litio, ambos isótopos se ionizan; es decir, pierden electrones con una pequeña diferencia de energía, que en términos de láser significa una pequeña diferencia en la longitud de onda –detalla el científico–. Entonces, sintonizando el láser, se puede ionizar selectivamente uno respecto del otro. Luego, el isótopo ionizado se separa con un campo eléctrico mientras el otro sigue de largo y de esa manera se los puede separar. El litio queda depositado en forma de un sólido que después se extrae fácilmente”.

El equipo ya avanzó en la fabricación de placas centelladoras y las compararon con las comerciales, tanto en Bariloche como en Suiza. “Obtuvimos resultados muy, muy similares. Estamos entusiasmados”, confiesa Corti.

Entre las 13 propuestas tecnológicas que serán subsidiadas, hay cuatro de litio, dos de hidrógeno, tres de undimotriz (energía producida por las olas), una de biogás (se presentaron ocho), dos de termosolar y una de oleoquímica.

Los proyectos seleccionados

• Plataforma para la evaluación del secado termosolar y uso agronómico-ambiental de barros industriales, de Tecsan Ingeniería Ambiental y la UBA.
• Centro Nacional de Baterías de Litio para el Almacenamiento de Energías Renovables y Soluciones de Movilidad (enblit), del INTI y Adimra.
• Plataformas experimentales y tecnologías para la conversión de energía de olas en el Mar Argentino, de QM Equipment SA y el Conicet.
• Sistema estandarizado de generación eléctrica a partir de biogás de baja y mediana potencia conectado en paralelo con la red, de la Universidad Nacional de Rafaela (UNRaf), Integral Agropecuaria SA y Bounous Hermanos SA.
• Electrolizador de alta potencia, para la producción de hidrógeno verde, de YPF Tecnología SA y el Conicet.
• Producción nacional de electrolito para baterias de litio “ElectroLitAr”, de Y-TEC, Clorar Ingeniería SA, Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA) y el Conicet.
• Concentrador termosolar para generación de vapor de proceso de uso industrial, de Santa Fe Gas y Energías Renovables Sapem (Enerfe), Fimaco SA y el Conicet.
• Generadores basados en pilas de combustible de óxido sólido alimentadas con hidrógeno producido a partir de combustibles tradicionales, de Santa Fe Gas y Energías Renovables Sapem (Enerfe), la Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA) y el Conicet.
• Separación isotópica de litio para usos en tecnología nuclear de alto valor agregado, de Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA), INVAP y Nucleoeléctrica Argentina SA.
• Plataforma para la validación de procesos catalíticos, agregando valor a la cadena oleoquímica, del Conicet, Varteco Química Puntana SA, Santa Fe Gas y Energías Renovables Sapem (Enerfe).
• Gestión de la energía mediante integración a la red de baterías de litio, experiencia piloto en la Cooperativa de Armstrong, de la Cooperativa de Provisión de Obras y Servicios Públicos Limitada de Armstrong (Celar), la UTN y la Universidad Nacional de General San Martín (Unsam).
• Desarrollo, Fabricación e Implantación del primer dispositivo argentino en escala real para el aprovechamiento de la energía undimotriz, de la UTN y Asecon SRL.
• Diseño e implementación de un recolector pendular de energía undimotriz a pequeña escala para aplicación en boyas de balizamiento en el estuario de Bahía Blanca, de la UTN, el Conicet y Consorcio de Gestión del Puerto de Bahía Blanca (Cgpbb).