¿Por qué el Hidrógeno Verde ?
La clave del futuro energético es encontrar un vector que se pueda acumular y sea capaz de producir energía. El vector propuesto por todos los ponentes de la última Conferencia sobre Transición Energética para recortar las crecientes emisiones de CO₂ fue el hidrógeno (H₂).
El hidrógeno es el más abundante y ligero de los elementos en la tierra. No se encuentra libre en la naturaleza y debe ser “extraído” de diversas fuentes. Uno de ellos se basa en las energías renovables que alimentan la electrólisis del agua, llamado Hidrógeno Verde.
El hidrógeno es el elemento químico más abundante, pues forma nueve de cada diez átomos del universo. Donde más abunda es en las estrellas y en los planetas gaseosos gigantes, donde aparece en estado de plasma.
Bajo las condiciones normales de presión y temperatura de la Tierra, el hidrógeno se presenta en forma molecular o diatómica (H₂), siempre en estado gaseoso. En ese estado es muy poco abundante en nuestra atmósfera debido a que su pequeña masa le permite escapar a la atracción gravitatoria más fácilmente que otros gases más pesados. Por eso, aunque es el decimoquinto elemento más abundante en la superficie terrestre, la mayoría forma parte de compuestos químicos como los hidrocarburos y el agua.
Si uno quiere emplear una pila de hidrógeno, lo primero que tiene que conseguir es hidrógeno puro. Hoy día, la manera más económica de producirlo de forma comercial es a partir del gas natural mediante un proceso de reformado con vapor. Sin embargo, las reservas de gas natural son finitas y, por lo tanto, no son una fuente fiable. Se puede extraer hidrógeno del carbón y de las arenas bituminosas, aunque hacerlo aumentaría drásticamente la emisión de CO₂ a la atmósfera. Se podría utilizar también energía nuclear, con los problemas que ello acarrea.
El hidrógeno también se puede obtener por fermentación, por medio de producción biológica en un biorreactor de algas, por procedimientos químicos (reducción química) y por calor (por termólisis).
El procedimiento de obtención más prometedor es por electrólisis hídrica. Es decir, por descomposición del agua en sus dos componentes, oxígeno e hidrógeno, gracias a una corriente eléctrica suministrada por una fuente de alimentación, una batería, una pila o cualquier fuente renovable, que se conecta mediante electrodos al agua. Para disminuir la resistencia al paso de corriente a través del agua se suele añadir un electrolito fuerte como una sal de sodio.
Imaginen ahora una planta de generación renovable de electricidad cercana a una gran fuente de agua salina: el océano. La electricidad necesaria para la electrolisis se produciría mediante aerogeneradores costeros, aprovechando las mareas (energía mareomotriz) o las olas (energía undimotriz).
Una planta industrial de electrolisis descompondría el agua en oxígeno (liberado a la atmósfera sin problema contaminante alguno) e hidrógeno, que, tras un almacenaje en depósitos como se hace con el gas, estaría disponible para ser usado como combustible. Desde los depósitos, el hidrógeno se trasladaría hasta las unidades de consumo (fábricas, hogares o estaciones de servicio), de la misma forma que hacemos con el gas: a través de gasoductos (mejor dicho, de hidroductos) que podrían ser los mismos que actualmente distribuyen gas natural hasta los cuartos de calderas de nuestras casas.
En un futuro no muy lejano, allí donde hoy se encuentra una caldera que quema gas, gasoil o cualquier otro combustible contaminante, habrá una pila de combustible capaz de generar electricidad con el hidrógeno que llegará por hidroductos comerciales. Bastará con inyectar oxígeno procedente de la calle para generar la electricidad que demande todo el edificio con un rendimiento que casi triplica al de la quema de combustibles tradicionales y sin emitir gases contaminantes. Además, la pila de combustible produce vapor de agua como residuo; el vapor podrá usarse para la calefacción en invierno y, acoplado a una máquina de absorción, para transformar el calor en frío y tener aire acondicionado durante el verano.
El mundo está comenzando a demandar un nuevo portador de energía para reemplazar el petróleo y el gas. El hidrógeno es el elemento con la mayor densidad de energía y motor natural. Tiene casi tres veces más contenido energético que los combustibles convencionales que hasta la fecha se vienen utilizando.
El desarrollo de Hidrógeno Verde contribuye al proceso de adaptación contemplado en la Agenda 2030 y los Objetivos del Desarrollo Sostenible de la Organización de las Naciones Unidas.
Hoy las tecnologías de hidrógeno han alcanzado su etapa de madurez industrial, tras décadas de desarrollo científico básico y aplicado. Existe evidencia de consistencia y señales de mercado en todo el mundo con respecto a la situación actual del Hidrógeno Verde, así como su futuro concreto a corto, mediano y largo plazo.
El hidrógeno verde regulará el sistema energético porque puede aprovechar excedentes de renovables
El hidrógeno lleva 20 años como promesa de energía limpia y en breve estará disponible para el consumo industrial. En qué estado se encuentra la producción y uso de esta fuente de energía.
¿Cuándo dejará el hidrógeno verde de ser una promesa para convertirse en una realidad?
Ahora mismo, hay grandes expectativas con el hidrógeno verde. Una de las grandes ventajas de su uso es la descarbonización sistema gasista. Hemos de tener en cuenta que el consumo de gas en muchos países es enorme, mayor incluso que el de electricidad. Necesitamos descarbonizarlo, y para ello las dos alternativas más sólidas son el biometano y el hidrógeno. En procesos térmicos industriales y para el transporte, se espera un consumo elevado. Va a poder ser regulador del sistema energético porque puede aprovechar excedentes de energía renovable: se puede producir hidrógeno que se inyectaría en la red de gas natural y la propia red actuará como sistema de almacenamiento para emplearlo cuando sea necesario. Confluyen dos necesidades: una regulación del sistema energético de renovables y la necesidad de descarbonización del sistema gasista.
La Unión Europea exigirá un surtidor cada 150 kilómetros (y mucho más). Una hidrogenera, para recargar coches de hidrógeno, cada 150 kilómetros. La Unión Europea exigirá a los Estados miembros que amplíen la capacidad de carga en consonancia con la venta de vehículos de cero emisiones. Eso implicará que se instale un punto de recarga de eléctricos cada 60 kilómetros y un punto de repostaje de hidrógeno cada 150 kilómetros antes del 31 de diciembre de 2030.
¿En qué punto de desarrollo de esta energía se encuentra?
En este momento hay bastantes proyectos en desarrollo y tramitación. Se espera un gran impulso a través de los fondos Next Generation de la UE. Va a haber fuertes inversiones de las energéticas para construir grandes plantas de hidrógeno, generado en su mayoría con energía de hidrolizadores. En Biobic estamos apostando por ello porque es tecnología madura. La mayor parte del hidrógeno a nivel mundial es por reformado de gas natural, o reformado del biogas.
El fabricante de automóviles japonés Honda ha desarrollado la Home Energy Station, un sistema doméstico y autónomo que permite obtener hidrógeno a partir de energía solar para repostar vehículos de pila de combustible y aprovechar el proceso para generar electricidad y agua caliente para el hogar.
Como Japón, los gobiernos de toda Europa ya han comenzado a establecer sus programas de investigación y de desarrollo del hidrógeno, y están en las etapas iniciales de introducción de estas tecnologías en el mercado.
En 2006, Alemania destinó 500 millones de euros a la investigación y al desarrollo del hidrógeno, y comenzó a elaborar sus planes para crear una hoja de ruta nacional con el objetivo declarado de liderar a Europa y al mundo hacia la era del hidrógeno en la década de 2020.
Alemania ya ha puesto en circulación el primer tren del mundo impulsado por pilas de hidrógeno que elimina las emisiones contaminantes causadas por la combustión. Este país, que está liderando el uso de las renovables y el abandono de los combustibles fósiles, se une a Japón, que ha apostado claramente por un futuro energético a base de hidrógeno. Algunas compañías, como Honda, DaimlerChrysler, Ford, General Motors/Opel, Hyundai, Kia, Renault/Nissan y Toyota están desarrollando proyectos relacionados con los vehículos de hidrógeno.
En 2018, los modelos Mirai movidos por hidrógeno fabricados por Toyota circulan en Alemania y en Dinamarca. Toyota cuenta ya con diez estaciones de servicio que suministran hidrógeno (ESH) y rellenan el depósito en unos minutos. Alemania dispone ya de 60 ESH, por debajo del líder mundial, Japón, que cuenta con 96.
Con la adecuada planificación, es posible circular por estos países. Gracias a una inversión de 350 millones de euros, Alemania planea instalar 400 surtidores y aspira a convertirse en la potencia europea del hidrógeno.
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¿Hay muchos sistemas de producción de hidrógeno verde?
Los tres métodos más utilizados son la electrólisis de agua, el reformado de biogas y la gasificación de la biomasa. El que se espera que se imponga es el de los electrolizadores de agua, en el cual se emplea energía eléctrica para romper moléculas de agua en hidrógeno y oxígeno. A partir de la biomasa por gasificación se puede producir un syngas (gas de síntesis) rico en hidrógeno. Ya hay ciertos sitios donde se está produciendo hidrógeno pero es gris, elaborado a partir de fuentes no renovables. Ahora mismo hay plantas piloto produciendo hidrógeno verde, y en pocos años llegarán las grandes plantas.
¿Qué países lideran la producción de hidrógeno verde?
Históricamente, fuera de Europa, Japón y Estados Unidos. Y dentro, los más avanzados en el uso de esta energía son Alemania y Gran Bretaña. España tiene mucho camino por recorrer, pero nuestro potencial es enorme puesto que disponemos del recurso solar. Se espera que podamos ser grandes productores de hidrógeno a nivel europeo en el medio plazo.
¿Qué ventajas ofrece respecto a otras energías renovables?
Su gestionabilidad, porque lo puedes almacenar en la red de gas y utilizar cuando lo necesites. Un caso claro serían las aplicaciones industriales térmicas cuando no dispones de suficiente electricidad. Es ideal para grandes consumidores de energía, como los hornos cerámicos o las refinerías.
¿Hay algún sector que se pueda ver especialmente favorecido por esta tecnología?
Se cree que a medio plazo, el hidrógeno tendrá un rol importante en el transporte pesado: barcos, trenes, camiones… Y tenemos que pensar que el vehículo eléctrico también podrá montar batería de hidrógeno. Sabemos que se va a poder hacer electricidad renovable muy barata, hay que ver si los materiales de las baterías a largo plazo son sostenibles. A corto y medio plazo, los coches serán de batería eléctrica, pero en una década se espera que el hidrógeno tenga un rol importante. Si somos competitivos para desarrollar el hidrógeno, se van a desarrollar los vehículos a pilas de hidrógeno.
La alta volatilidad del hidrógeno
La alta volatilidad del hidrógeno gaseoso es uno de los factores que más preocupan de la tecnología que lo involucra.
El hidrógeno es otra gran apuesta por la que muchas compañías están invirtiendo. Esta energía alternativa supone un reto por muchos factores, pero entre los más complejos se encuentra la dificultad que acarrea su transporte y almacenaje. Sin embargo, Telosworld puede desarrollar una tecnología que evite la volatilidad, cosa que hace del proceso de logística algo mucho más seguro.
Entre los retos más complejos, se encuentra cómo conseguir cantidades suficientes de hidrógeno verde de forma económicamente viable. Pero, como ya hemos comentado antes, el almacenamiento y el transporte de este gas altamente volátil han resultado una ardua tarea hasta el momento. Telosworld propone una forma de tratarlo diferente hasta la fecha desconocida, junto a una tecnología de cédula de combustible de hidrógeno de diseño exclusivo que permitirá la distribución y el repostaje. Así, el gas puede almacenarse y transportarse en condiciones ambientales, no es explosivo, volátil ni emite vapores tóxicos, lo que también reduce costes, tanto en almacenaje como en seguridad. Más tarde, se libera y se reutiliza para la siguiente carga, o para extraer subproductos.
Podemos utilizar todos los elementos que ya existen en la infraestructura de los combustibles convencionales, como los depósitos del carburante, los surtidores o los camiones cisterna.
¿Hasta qué punto es el hidrógeno verde una energía limpia?
La huella de carbono del hidrógeno a partir de biogás no solo es neutra sino negativa por el efecto de la captura del metano. La que produce la electrólisis, como máximo es neutra, aunque será esta la dominante por la facilidad para producir grandes cantidades mediante este sistema. Al fin y al cabo, con la electrólisis estás cambiando el formato de la energía: si tienes excedentes el hidrógeno es un intermediario energético, te ayuda a regular el sistema.
