1,09%Materiales para la transición hacia el hidrógeno by Aperam Innovation Lab
La competencia entre las distintas tecnologías de electrólisis está plenamente en marcha, y para cada una de ellas Aperam ofrece los materiales adecuados. Bajo un mismo techo se integran centros de producción de aceros inoxidables, aleaciones de níquel y otras aleaciones especiales, bandas de precisión y tubos, así como centros de I+D estrechamente interconectados. La continuidad entre la producción industrial y su aplicación en serie está garantizada por una red integrada de centros de servicio desplegada a escala del grupo, lo que permite una transición fluida entre innovación, industrialización y comercialización.
El hidrógeno es mucho más que un simple vector energético. Representa una ambición de descarbonización industrial. La rapidez con la que logremos descarbonizar nuestras sociedades industriales, preservando al mismo tiempo su competitividad, dependerá de nuestra capacidad para disponer de hidrógeno en volúmenes suficientes, a un coste controlado y con un alto nivel de seguridad de suministro. Los procesos son conocidos. Algunos ya están probados a escala industrial (AEL). Sin embargo, la dinámica de innovación sigue siendo intensa en torno a nuevas tecnologías de electrólisis (PEM, AEM, SOEC).
La elección de las tecnologías que se impondrán según las aplicaciones también depende de los materiales utilizados. Estos deben ofrecer una muy alta resistencia a la corrosión, una elevada conductividad eléctrica y una excelente resistencia mecánica. Este nivel de exigencia conduce de forma natural hacia los aceros inoxidables y las aleaciones de níquel altamente aleadas. Aperam domina ambas familias de materiales. Razones de peso para situar la transición energética como una prioridad estratégica del grupo.
Una dirección tecnológica clara
Para estructurar este enfoque, Aperam ha establecido un «Innovation Lab» apoyado en dos centros de I+D complementarios: uno dedicado a los aceros inoxidables, ubicado en Isbergues, y otro especializado en aleaciones, situado en Imphy. Ambos polos trabajan en estrecha coordinación y generan sinergias industriales, especialmente en el desarrollo de bandas de precisión y materiales con superficies optimizadas para la posterior aplicación de recubrimientos funcionales avanzados.
La cartografía de las evoluciones tecnológicas sigue siendo compleja. Para definir el rumbo adecuado en un entorno en rápida transformación, Aperam cuenta con el Dr. Adolfo Kalergis Do Nascimento Viana. Como Head of Market Innovation and Business Development – CCUS, New Energies & Hydrogen, identifica los ámbitos en los que las soluciones actuales de Aperam e Imphy ya responden a las expectativas del mercado.
Asimismo, con una visión orientada al futuro, evalúa las vías de desarrollo de materiales con mayor potencial, así como los socios industriales capaces de contribuir a nuevas cadenas de valor. En este enfoque, potencia las sinergias entre las actividades de inox, aleaciones y centros de servicio del grupo.
En el mercado germanohablante, Adolfo Kalergis cuenta con el apoyo de un socio clave: Ralf Behle, Senior Business Development Manager para las aleaciones Imphy. Basándose en su experiencia práctica, explica: «En el ámbito de los electrolizadores, nos enfrentamos a un amplio espectro de requisitos materiales. Estos abarcan desde grados ferríticos de acero inoxidable hasta níquel puro y titanio. Esta amplitud también se refleja en el intercambio fluido de conocimientos y experiencias entre las dos divisiones de Aperam.»
Una adaptación tecnológica constante
Actualmente existen varios procesos de producción de hidrógeno: electrólisis alcalina (AEL), membranas de intercambio de protones (PEM), membranas de intercambio aniónico (AEM) y electrólisis de óxido sólido (SOEC). Preguntado por la tecnología con mayor potencial, Kalergis responde: «Las orientaciones evolucionan. Según el contexto, el interés se dirige hacia una u otra tecnología. Aperam adopta un enfoque abierto y dispone, para cada una de ellas, de una gama completa de materiales.»
En la actualidad, la electrólisis alcalina (AEL) constituye la tecnología más madura y, en consecuencia, la más extendida. No obstante, en el futuro las tecnologías PEM podrían imponerse progresivamente. Hoy, AEL y PEM concentran conjuntamente cerca del 90 % de la cuota de mercado, lo que refleja un panorama tecnológico todavía ampliamente estructurado en torno a estos dos procesos.
La AEL (izquierda) y la PEM (derecha) siguen siendo hoy las tecnologías dominantes.
El principio de la electrólisis alcalina sigue asociado, para muchos, a un experimento de laboratorio escolar. El agua se vuelve conductora mediante la adición de un electrolito, ya sea ácido o alcalino. Cuando se sumergen dos electrodos y se aplica corriente continua, se forman burbujas de oxígeno en el ánodo y burbujas de hidrógeno en el cátodo.
A escala industrial, este proceso opera con soluciones alcalinas concentradas y a temperaturas comprendidas entre 60 y 90 °C. Para resistir estos entornos altamente corrosivos, Aperam ofrece materiales adecuados. Para electrodos y placas bipolares, la aleación de níquel 201 destaca por su elevada resistencia a la corrosión combinada con una excelente conductividad eléctrica. Con un recubrimiento de níquel, los grados austeníticos como Aperam 316L, 316A, 310L y 904L, así como el dúplex DX2205, pueden constituir alternativas económicamente competitivas.
Para carcasas de celdas y tuberías, los austeníticos estándar como Aperam 304 (EN 1.4301) o 316L (EN 1.4404) resultan especialmente adecuados.
La tecnología AEL está probada a nivel industrial y es reconocida por su robustez. Los costes de inversión son comparativamente moderados. Su rendimiento eléctrico se sitúa entre el 60 y el 70 %. Está especialmente indicada para explotaciones a gran escala en funcionamiento continuo, en emplazamientos con suministro eléctrico estable.
Tecnologías de membrana: conductividad eléctrica y resistencia a la corrosión
Los electrolizadores PEM mantienen una elevada eficiencia, incluso en funcionamiento intermitente. Por ello, están especialmente indicados para el aprovechamiento de energías renovables variables, como la eólica o la solar, habituales en numerosas regiones de Europa Central. También resultan adecuados para instalaciones de menor tamaño y configuraciones descentralizadas. Las temperaturas de operación son moderadas, generalmente comprendidas entre 50 y 80 °C. No obstante, el proceso trabaja en medios fuertemente ácidos. Las placas bipolares se fabrican habitualmente en titanio o, alternativamente, en acero inoxidable recubierto de titanio.
Las membranas de intercambio aniónico (AEM) representan una alternativa prometedora. Combinan mecanismos propios de la electrólisis alcalina y de la tecnología PEM. Su diseño es compacto, no requieren metales catalíticos especialmente nobles y su temperatura de funcionamiento suele situarse entre 40 y 70 °C.
Los electrolizadores AEM también emplean medios acuosos. Las condiciones son, por lo general, moderadamente alcalinas y las presiones relativamente bajas. Por tanto, los materiales deben ofrecer una adecuada resistencia a la corrosión en entornos básicos. Kalergis subraya: «La resistencia a la corrosión y la conductividad eléctrica están estrechamente relacionadas. Cualquiera que haya tenido que lidiar con contactos de batería oxidados sabe que los óxidos metálicos actúan como aislantes. En un electrolizador, la corrosión no solo comprometería la seguridad operativa, sino que también limitaría el transporte iónico y reduciría el rendimiento eléctrico.»
En la electrólisis AEM se emplean los mismos materiales que en la tecnología PEM. La eficiencia eléctrica de ambos procesos se sitúa en niveles comparables. Sin embargo, la tecnología AEM se encuentra todavía en fase de escalado industrial y la experiencia operativa a largo plazo sigue siendo limitada.
SOEC: alta temperatura y producción a gran escala
Las celdas de electrólisis de óxido sólido (solid oxide electrolyzer cells, SOEC) figuran entre las opciones más prometedoras para una producción masiva y continua de hidrógeno. El proceso de electrólisis, basado en membranas cerámicas, requiere temperaturas comprendidas entre 650 y 850 °C. A cambio, el rendimiento eléctrico alcanza entre el 80 % y el 90 %. Otra ventaja significativa es el uso de vapor de agua como materia prima, lo que permite integrar parte de la energía necesaria en forma de calor industrial recuperado, mejorando así el rendimiento global del sistema.
Si el potencial es considerable, los retos en materia de materiales lo son igualmente: resistencia a la fluencia, fatiga, oxidación a alta temperatura, difusión de gases y compatibilidad con recubrimientos. Kalergis precisa: «Estas temperaturas de funcionamiento no representan un territorio desconocido para nosotros. Nuestros materiales se emplean desde hace décadas en procesos de alta temperatura, especialmente en la industria química. La experiencia operativa a largo plazo está ampliamente documentada y analizada en nuestro departamento de I+D. Estos datos alimentan desarrollos conjuntos con nuestros clientes constructores de instalaciones y constituyen también la base de nuevas soluciones de materiales que desarrollamos en estrecha colaboración con los fabricantes de stacks.»
La tecnología SOEC permite valorizar el calor residual, en particular el generado por los centros de datos.
En el caso de placas de interconexión, colectores de corriente y placas de extremo, el mercado se orienta actualmente hacia aceros inoxidables ferríticos. Varios fabricantes líderes de electrolizadores ya han validado las calidades Aperam K41, K44M, K45 y K46. La aleación Imphy 23SO también está siendo considerada. Destaca por su excelente resistencia a la fluencia y su sobresaliente comportamiento frente a la oxidación a alta temperatura.
Balance of Plant: un papel sistémico determinante
Más allá de los propios electrolizadores, los componentes periféricos conocidos como Balance of Plant (BoP), es decir, las instalaciones situadas aguas arriba y aguas abajo del proceso, resultan igualmente determinantes para el correcto funcionamiento del sistema en su conjunto. Kalergis ilustra esta complementariedad con una comparación clara: «El electrolizador es el corazón de la instalación; el BoP constituye su sistema circulatorio.» Esto incluye, entre otros elementos, el tratamiento del agua y el acondicionamiento del gas producido. El BoP asociado a la tecnología SOEC representa un ejemplo especialmente prometedor. El auge de la inteligencia artificial abre aquí un potencial significativo: los centros de datos, indispensables para estas aplicaciones, generan grandes volúmenes de calor residual que pueden aprovecharse como calor de proceso en la electrólisis SOEC. Las elevadas temperaturas presentes en intercambiadores de calor y carcasas requieren materiales con resistencia a la fluencia, como Aperam 309N y 310S o la aleación Imphy 625.
En volumen de materiales empleados, las instalaciones destinadas al tratamiento y transporte del hidrógeno superan ampliamente a las propias tecnologías catalíticas. La licuefacción, el almacenamiento y el transporte del hidrógeno no serían viables sin aceros inoxidables austeníticos ni sin la aleación hierro-níquel Invar® M93. Los depósitos de hidrógeno líquido y los sistemas pipe-in-pipe exigen materiales capaces de mantener su resistencia mecánica y su comportamiento frente a la corrosión a −253 °C, temperatura de ebullición del hidrógeno.
Las principales limitaciones comunes a las aplicaciones de hidrógeno se centran, por un lado, en la permeabilidad de los materiales y, por otro, en la fragilización inducida por el hidrógeno. La corrosión bajo tensión constituye un mecanismo de degradación especialmente insidioso: un fallo puede producirse sin signos precursores claramente visibles. En este ámbito, la seguridad es prioritaria. La susceptibilidad a la corrosión bajo tensión depende estrechamente de la composición de la aleación. Por ello, la selección del material adecuado resulta determinante, especialmente cuando confluyen medios corrosivos, temperaturas extremas y solicitaciones cíclicas. En este contexto, Aperam Innovation Lab se posiciona como interlocutor de referencia para diseñadores e ingenierías de instalaciones.
Captura de carbono: palanca para la transición industrial
En la trayectoria hacia la transición del hidrógeno, el hidrógeno «verde» sigue enfrentándose a numerosos obstáculos: elevados costes de producción, desafíos técnicos vinculados al escalado industrial, insuficiencia de infraestructuras de almacenamiento y transporte, así como incertidumbres regulatorias y políticas. En este contexto, la producción de hidrógeno a partir de gas natural seguirá siendo, a corto y medio plazo, una realidad industrial, incorporando captura de carbono bajo la denominada modalidad de hidrógeno «azul». A diferencia del hidrógeno «gris», en el que el carbono procedente del gas natural se transforma en CO₂ y se libera a la atmósfera, el hidrógeno «azul» se basa en la captura del dióxido de carbono. Este se almacena en formaciones geológicas profundas, a menudo bajo el lecho marino (carbon capture and storage, CCS), o se valoriza como materia prima química (carbon capture and usage, CCU).
La captura de CO₂ constituye una etapa estructurante hacia la neutralidad de carbono.
Actualmente predominan tres grandes tecnologías. La primera es la precombustión, que consiste en capturar el CO₂ antes de la combustión del combustible. La segunda es la postcombustión, en la que el CO₂ se extrae de los gases de combustión. Finalmente, el proceso oxyfuel se basa en la inyección de oxígeno durante la combustión para aumentar la concentración de CO₂ y facilitar su separación. En esta fase, la mayoría de las soluciones de CCS y CCU se apoyan en la postcombustión. No obstante, la combustión con oxígeno despierta un interés creciente.
Para esta aplicación, la cartera de Aperam ofrece una gama completa de materiales resistentes a la corrosión, comenzando por las calidades estándar Aperam 304, 316A y 316L. En presencia de altas concentraciones de cloruros y mayores exigencias mecánicas, las calidades dúplex —en particular el DX2205— se imponen como solución preferente. En las zonas sometidas a las condiciones más severas, las aleaciones base níquel de la gama Imphy aportan un margen adicional de seguridad. Mientras se avanza en el escalado del hidrógeno «verde» producido a partir de energías renovables, las tecnologías CCS y CCU constituyen soluciones pragmáticas para impulsar la transición del hidrógeno de forma técnicamente fiable y económicamente viable.
Sinergias de materiales y capacidades industriales
Los materiales del grupo Aperam cubren el conjunto de las tecnologías de electrólisis, así como los componentes Balance of Plant, la licuefacción del hidrógeno y la captura de carbono. Los ferríticos de la gama KARA®, en particular K41, K44M y K45, están consolidados en aplicaciones de electrólisis gracias a sus buenas propiedades a alta temperatura, su bajo coeficiente de dilatación térmica y su elevada conductividad eléctrica. En este mercado, la oferta de aceros inoxidables austeníticos se extiende desde Aperam 304M y 316L hasta la calidad 316A, así como a las calidades 309N, 310S y al super austenítico 904L. Las aplicaciones sometidas a elevadas exigencias mecánicas y corrosivas se orientan hacia calidades dúplex como el DX2205. El conjunto se completa con las aleaciones Imphy INVAR® M93, Nickel 625, 825 y 201.
Los formatos disponibles abarcan desde la banda de precisión hasta la chapa gruesa. El inox también se suministra en barras planas y tubos, mientras que las aleaciones están disponibles en una amplia variedad de productos planos y largos. El grupo cuenta con una sólida experiencia en recubrimientos y superficies funcionales. Aperam Innovation Lab pone sus capacidades de ensayo y su experiencia técnica al servicio de desarrollos realizados en estrecha colaboración con sus clientes. En cooperación con ellos, se desarrollan nuevos diseños y componentes más delgados mediante técnicas avanzadas de conformado, manteniendo —e incluso mejorando— su durabilidad y rendimiento.
Las instalaciones destinadas a la reducción de emisiones de CO₂ deberían concebirse también a partir de materiales con baja huella de carbono. Las calidades estándar de inox están disponibles asimismo en una versión con hasta un 98 % de material reciclado: la gama Aperam infinite™. Los transformadores pueden apoyarse en Aperam Recycling (anteriormente ELG) para la valorización de sus residuos de producción, contribuyendo así a cerrar eficazmente el ciclo del material. Los constructores de instalaciones y los fabricantes de componentes se benefician, dentro del grupo Aperam, de una infraestructura integrada de centros de servicio con amplios stocks y una logística ágil, incluso para necesidades a corto plazo. La herramienta en línea e-aperam permite comprobar la disponibilidad de productos y realizar pedidos en cualquier momento.
Los transformadores activos en tecnologías del hidrógeno, o que deseen posicionarse en la fabricación de componentes, encuentran en Aperam interlocutores especializados. Como experto en aplicaciones de hidrógeno, Kalergis precisa: «Aperam Innovation Lab reúne a 150 colaboradores. Los clientes y socios que deseen recibir asesoramiento en materiales o apoyo técnico-científico pueden ponerse en contacto conmigo o dirigirse a Ralf Behle, con el fin de movilizar nuestra red de I+D en cuestiones relacionadas con la electrólisis del hidrógeno y la captura de carbono.»
La experiencia genera valor. Aperam la pone al servicio de sus clientes.
Artículo publicado en la revista FocusRostrei – Febrero de 2026
