La producción de hidrógeno verde requiere de materiales más eficientes, duraderos y económicos que permitan optimizar su uso como vector energético. En este contexto, un creciente número de equipos científicos en todo el mundo está explorando las propiedades de las cerámicas conductoras de protones, materiales no metálicos capaces de absorber y transportar iones de hidrógeno (protones) a través de su estructura cristalina.
El concepto que guía estas investigaciones es el de una «autopista de protones» (proton highway): una vía de alta velocidad dentro del material que permita a los protones fluir con la mínima resistencia.
«Una autopista de protones de múltiples carriles por la que las cargas fluyan sin impedimentos en ambas direcciones sería el escenario ideal», explica el Dr. Artur Braun, investigador principal del Laboratorio de Cerámicas de Altas Prestaciones de Empa.
También te puede interesar | ExxonMobil impulsa el modelo «CCS como servicio» para ofrecer infraestructura de almacenamiento de carbono a la industria siderúrgica, cementera y de fertilizantes
El desafío del «atasco» y la «carretera de montaña»
Los conductores protónicos cerámicos son materiales que deben cumplir dos requisitos fundamentales, a menudo contradictorios: absorber la mayor cantidad posible de protones y permitir que estos se muevan con la máxima libertad en su interior.
Braun utiliza una analogía vial para describir el problema: «Puedes imaginar la membrana cerámica como un paisaje atravesado por carreteras. Los protones se mueven por esas carreteras como vehículos. Cuantos más coches hay en la carretera, más se ralentiza el tráfico».
Sin embargo, la realidad de los materiales actuales está lejos de ser una autopista. «Las membranas de protones que se utilizan actualmente son más bien como laderas de montañas escarpadas, por las que los protones avanzan penosamente por estrechos senderos», señala Braun.
Uno de los hallazgos más fascinantes del equipo de Empa es que la conductividad protónica en cerámicas altamente conductoras no es constante, sino que oscila entre valores bajos y excepcionalmente altos.
«Es como si de repente las montañas y los valles se nivelaran. Durante un breve instante, los protones tienen un camino despejado», explica Braun. Su equipo demostró que el transporte de protones está estrechamente acoplado a las vibraciones de la red cristalina (fonones) y que los propios protones pueden alterar esas vibraciones.
Un proyecto suizo financiado por el SNF
Para abordar estas cuestiones desde sus fundamentos, un equipo internacional liderado por Empa está desarrollando un proyecto financiado por el Fondo Nacional Suizo de Ciencia (SNF) en el marco del programa External Lead Agency.
El proyecto, anunciado la semana pasada, se centra en analizar un conductor deficiente de protones, el óxido de lantano y cerio (LCO), que puede absorber muchos protones pero no los conduce.
Esta aparente desventaja ofrece una oportunidad única para investigar los efectos de la estructura del material sobre la conductividad protónica utilizando métodos de alta resolución.
Braun y su equipo, que llevan 20 años investigando conductores protónicos cerámicos, buscan comprender cómo el comportamiento de los protones en las membranas cerámicas se relaciona con su estructura material.
«Si se comprenden los fundamentos científicos de la conductividad protónica, podremos determinar cómo pueden llegar a ser mejores conductores de protones las cerámicas del futuro», concluye Braun.
Desarrollan pila de combustible cerámica de amoniaco de alto rendimiento
El pasado mes de mayo, el Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea (KAIST) anunció el desarrollo de una tecnología de pilas de combustible que utiliza amoniaco como combustible directamente, logrando un rendimiento y una estabilidad de clase mundial.
El equipo, liderado por los profesores Kang Taek Lee y Joongmyeon Bae del Departamento de Ingeniería Mecánica de KAIST, en colaboración con el Instituto Coreano de Ingeniería y Tecnología Cerámica (KICET) y el Instituto Coreano de Geociencia y Recursos Minerales (KIGAM), desarrolló un nuevo catalizador que mejora drásticamente el rendimiento y la durabilidad de las pilas de combustible cerámicas protónicas de amoniaco (PCFC).
El amoniaco está ganando atención como un portador de hidrógeno de próxima generación debido a su facilidad de almacenamiento y transporte en estado líquido. Sin embargo, dentro de las pilas de combustible, el amoniaco ha causado problemas al dañar los materiales basados en níquel y ralentizar las velocidades de reacción.
Para resolver este problema, el equipo de investigación diseñó una nueva estructura de catalizador que combina un catalizador de óxido de «alta entropía» con nanopartículas metálicas que se forman espontáneamente en la superficie durante la operación.
La pila de combustible que aplica este catalizador registró una densidad de potencia máxima de 2,04 W por unidad de área a 700 °C, lo que representa un rendimiento de clase mundial en el campo de las pilas de combustible cerámicas protónicas de amoniaco.
Además, la celda operó de manera estable durante más de 255 horas incluso en condiciones severas de 600 °C, mejorando significativamente el problema de degradación del rendimiento y acortamiento de la vida útil.
Europa impulsa los electrolizadores cerámicos protónicos
En el ámbito europeo, el proyecto PROTOSTACK, financiado por la Unión Europea, tiene como objetivo crear un nuevo diseño de stack PCCEL (electrolizador cerámico conductor de protones) compacto y modular que pueda suministrar hidrógeno a hasta 30 bares de presión.
El stack se demostrará a 5 kW y tiene el potencial de escalarse hasta cientos de kW. El proyecto, que cuenta con un consorcio de socios industriales y de investigación líderes en tecnologías cerámicas protónicas, busca avanzar la tecnología PCCEL y probar su viabilidad tecnológica.
Asimismo, el proyecto PROCEED (Proton Conductive Electrolysis with Enhanced Durability), coordinado por el Departamento de Energía del Politécnico de Milán y financiado por Horizon Europe a través de la Clean Hydrogen Joint Undertaking con una contribución de casi 4 millones de euros, fue lanzado en abril de 2026 y tiene una duración de cuatro años.
El proyecto reúne un consorcio europeo de universidades, centros de investigación y socios industriales con el objetivo de acelerar el desarrollo y la adopción industrial de la tecnología PCCEL, una nueva generación de electrolizadores cerámicos conductores de protones diseñados para producir hidrógeno verde de alta pureza.
Las actividades culminarán en el desarrollo y la demostración de un prototipo industrial de 20 kW, que se instalará en el socio SolydEra.
Hacia una nueva generación de tecnologías del hidrógeno
Estos avances científicos, desarrollados este año, tienen el potencial de transformar radicalmente el panorama de la energía limpia.
Una comprensión más profunda de las «autopistas de protones» podría dar lugar a pilas de combustible de hidrógeno más baratas y eficientes, capaces de operar a temperaturas moderadas, lo que las haría prácticas para su uso en vehículos, sistemas de energía domésticos y generadores portátiles.
Asimismo, permitiría desarrollar electrolizadores cerámicos protónicos (PCEC) más eficientes para producir hidrógeno de alta pureza a partir de vapor de agua, utilizando electricidad renovable y calor residual.
Como concluye Braun, el camino hacia la autopista de protones ideal requiere aún investigación fundamental: «Si se comprenden los fundamentos científicos de la conductividad protónica, podremos determinar cómo pueden llegar a ser mejores conductores de protones las cerámicas del futuro».
La agenda para la descarbonización
Latam Mobility impulsa el diálogo de los principales actores del sector a lo largo de su gira 2026, que recorrerá los principales mercados de la región para profundizar en estos y otros temas cruciales para la transformación de la movilidad.
La gira recorrerá los principales mercados de la región: Ciudad de México y Chile. A lo largo de estos encuentros, líderes del sector público y privado, empresas, inversionistas y expertos internacionales analizarán el presente y futuro de la movilidad eléctrica, la innovación tecnológica, la infraestructura, la energía y la economía climática.
La transición ya está en marcha. La Gira 2026 de Latam Mobility será el punto de encuentro para acelerar decisiones, conectar actores clave y construir, de forma colaborativa, la movilidad sostenible de América Latina.
