1s1 Energy, Co fundada por Dan Sobek ’88, SM ’92, PhD ’97, 1s1 Energy ha desarrollado materiales para celdas electroquímicas en electrolizadores de hidrógeno que, según la empresa, reducen el consumo de energía en un 30 por ciento.

El hidrógeno está en el centro de algunos de los procesos industriales más importantes del mundo, pero su producción aún conlleva un alto costo ambiental. Hoy en día, la mayor parte del hidrógeno se produce mediante procesos de altas emisiones, como la reforma de metano con vapor y la gasificación del carbón.

Pero el hidrógeno también puede producirse al dividir moléculas de agua usando electricidad renovable, lo que elimina las emisiones de combustibles fósiles y otros subproductos tóxicos. Este “hidrógeno verde” se produce al hacer pasar una corriente eléctrica a través del agua en un electrolizador.

El hidrógeno verde no escalará solo con la descarbonización. También debe ser competitivo en costos frente a los métodos tradicionales de producción.

1s1 Energy cree tener la tecnología para que el hidrógeno verde finalmente se masifique. La empresa afirma que su material de membrana basado en boro desbloquea un rendimiento y durabilidad antes inalcanzables en electrolizadores.

En pruebas con socios, 1s1 afirma que los electrolizadores con sus membranas necesitan solo el 70 por ciento de la energía para producir cada kilogramo de hidrógeno, en comparación con dispositivos convencionales.

“El hidrógeno verde ha sido hasta ahora una industria difícil para lograr éxito”, reconoce Dan Sobek ’88, SM ’92, PhD ’97, cofundador de 1s1. “La diferencia con nosotros es que hicimos una investigación muy enfocada con clientes. Tenemos una propuesta de valor muy fuerte que no solo se basa en la descarbonización. Contamos con una cartera de potenciales clientes que ven alrededor de un 60 por ciento de reducción en costos operativos con nuestra tecnología. Ese es un buen punto de entrada.”

Aunque 1s1 está enfocada ahora en la producción de hidrógeno, su tecnología también podría usarse en pilas de combustible y baterías de estado sólido, así como para extraer metales críticos de los desechos mineros. La empresa está iniciando pruebas en algunas de esas aplicaciones y trabaja con una gran compañía de materiales para escalar la producción de sus membranas para la producción de hidrógeno.

“Estamos en un punto de inflexión para la empresa”, dice Sobek. “El plan es, para 2030, tener un negocio sólido en varios segmentos: electrolizadores, extracción mineral y en colaboraciones con varias grandes compañías. Pero ahora mismo tenemos que ser prudentes y enfocados.”

Mejorando los electrolizadores

Sobek nació y creció en Argentina, pero también se formó en MIT durante tres grados y más de una década. Primero estudió aeronáutica y astronautica en MIT, luego pasó a ingeniería mecánica como estudiante de posgrado, y después al Departamento de Ingeniería Eléctrica y Ciencias de la Computación, donde trabajó bajo la tutela de los profesores Martha Gray y Stephen Senturia. Su tesis se centró en una técnica para medir rápidamente las propiedades ópticas de grandes cantidades de células biológicas.

“Mucho de lo que aprendí sobre microfabricación y química de materiales resultó ser muy relevante para 1s1,” dice Sobek. “Una clase que fue muy importante para mí fue impartida por el profesor Amar Bose. Fui asistente de enseñanza de él durante un par de semestres, y eso tuvo una influencia increíble en mi manera de pensar.”

Tras graduarse, Sobek trabajó en microelectrónica y microfluídica antes de fundar su propia empresa, Zymera, en 2004. La empresa desarrolló tecnología de imagen para tejidos profundos para detectar cáncer y otras enfermedades graves.

Alrededor de 2013, Sobek comenzó a conversar con su cofundador de Zymera, Sukanta Bhattacharyya, sobre cómo hacer más eficiente la electrólisis, enfocándose en electrolizadores de “membrana de intercambio protónico”. Estos electrolizadores emplean una gran cantidad de electricidad para dividir el agua en iones de hidrógeno y oxígeno. En su núcleo está una membrana que puede perder eficiencia por la resistencia al voltaje.

Además del desafío de la eficiencia, la electricidad suele ser más costosa que los combustibles fósiles en muchas partes del mundo. La producción tradicional de hidrógeno también se beneficia de infraestructura existente, haciendo mucho más difícil que la producción de hidrógeno verde escale.

Sobek y Bhattacharyya sabían que la parte más importante de esos electrolizadores es su membrana conductora de protones, que traslada iones de hidrógeno desde el ánodo hasta el cátodo en la celda electroquímica del electrolizador.

“Le pregunté a Sukanta cómo podíamos mejorar la eficiencia y durabilidad de ese elemento,” recuerda Sobek. “Me dio una respuesta de una sola palabra: boro.”

El boro puede cargarse negativamente, lo que hace que los iones de hidrógeno, o protones, se adhieran a él más rápidamente. Los iones de hidrógeno pueden entonces filtrarse a través de la membrana y liberarse a medida que se mueven por la celda. Los materiales basados en boro también son más estables y resistentes a la corrosión, mejorando aún más el rendimiento a largo plazo de los electrolizadores.

La empresa se fundó oficialmente a fines de 2019. Tras años de desarrollo, hoy 1s1 adhiere una versión químicamente adaptada de boro a materiales poliméricos para crear sus membranas para el intercambio de protones.

“Son membranas únicas con grupos de intercambio protónico súper ácidos estables y duraderos que no envenenan los catalizadores,” afirma Sobek.

Membranas pequeñas con gran impacto

En 2021, el Departamento de Energía de EE. UU. fijó como meta que la electrólisis con membrana de intercambio protónico alcance un 77 por ciento de eficiencia eléctrica para 2031. Sobek dice que 1s1 ya está alcanzando ese hito en pruebas.

“No es solo la tecnología, sino la manera en que la estamos aplicando,” dice Sobek, “Estamos haciendo viable el hidrógeno para su uso en la producción de diversos productos químicos industriales.”

Actualmente, 1s1 realiza pilotos con socios, incluyendo una compañía eléctrica propiedad de una gran empresa siderúrgica en Brasil. La empresa también explora activamente otras aplicaciones para su tecnología. El año pasado, 1s1 anunció un proyecto para producir amoníaco verde con la empresa Nitrofix mediante financiamiento conjunto del Departamento de Energía de EE. UU. y el Ministerio de Energía e Infraestructura de Israel. También trabaja con una gran mina en Brasil para extraer un material llamado niobio, útil para acero de alta resistencia y baterías de carga rápida. Un proceso similar podría usarse incluso para extraer oro.

“Podemos hacer eso sin usar químicos agresivos, porque los procesos estándar para extraer niobio y oro usan ácidos extremadamente fuertes a altas temperaturas o químicos muy tóxicos,” dice Sobek. “Es gratificante para mí porque mi país natal, Argentina, ha tenido muchos problemas con el uso de químicos tóxicos para extraer oro. Estamos tratando de habilitar una minería responsable y de bajo costo.”

A medida que 1s1 escala su tecnología de membranas, Sobek dice que la meta es implantarlas donde puedan mejorar procesos.

“Tenemos una gran cantidad de clientes potenciales porque esta tecnología es realmente fundamental,” afirma Sobek. “Crear tecnologías de alto impacto siempre es divertido.”

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