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Hidrógeno renovable: ¿Por qué está de moda?

Juan Pérez, ITE

Ya son varios los años que lleva el hidrógeno renovable apareciendo en algunos titulares y las iniciativas relacionadas con su producción y uso se han multiplicado recientemente, consiguiendo captar el interés de diversos sectores.

Pero ¿a qué se debe esto? ¿Es de verdad un agente descarbonizador del futuro?

El hidrógeno, es el primer elemento de la tabla periódica y, en su forma molecular (H2) ha estado presente desde hace mucho tiempo en nuestra industria química.

Siendo esto así, mucha gente se pregunta, ¿por qué ahora? Como es de esperar, no existe un único porqué, sino que ha habido diferentes factores que lo han situado en el punto de mira.

Como bien puede imaginar el lector, el primer factor es el proceso de descarbonización que se está llevando a cabo, especialmente en Europa. En este proceso, se ha venido impulsando, con resultados positivos, la implementación de tecnologías de generación energética renovable.

Sin embargo, el proceso de descarbonización se ha encontrado con varios obstáculos, donde el uso de energía eléctrica o de otras fuentes hipocarbónicas es imposible o poco viable. 

La primera necesidad de producción de hidrógeno renovable nace de la industria química, donde, como se ha comentado anteriormente, se emplea el hidrógeno en procesos productivos como el del amoniaco o algunos procesos petroquímicos.

Este hidrógeno, en su mayoría, se produce a partir del reformado de gas natural, que emite gases de efecto invernadero a la atmósfera. Por ello, el propio proceso productivo de hidrógeno se convierte en una fuente de emisiones que es necesario mitigar.

Además del sector químico, se han identificado algunos sectores de difícil descarbonización. Los sectores de difícil descarbonización son aquellos que, por la naturaleza de su actividad, están estrictamente ligados a alguna fuente fósil de cualquier tipo.

Un ejemplo de ello son los procesos industriales de alta temperatura, cuya generación de calor se produce mediante la quema de gas natural, siendo esta una fuente de emisiones importante. Hasta ahora, los intentos de sustitución de este tipo de sistemas por otros menos contaminantes han sido poco exitosos.

Así es como el proceso de electrolisis empieza a cobrar importancia, aunque también existen otros métodos que permiten la producción de hidrógeno con menores emisiones que los procesos tradicionales.

La electrolisis consiste en la ruptura de la molécula de agua (H2O) en oxígeno (O2) e hidrógeno (H2) empleando energía eléctrica. Por tanto, las emisiones que se producen durante dicho proceso dependen mayormente de la fuente energética que se emplee para obtener la electricidad necesaria.

El uso de energía renovable para alimentar el proceso permitiría la potencial descarbonización de la producción de hidrógeno para su uso como materia prima, produciendo lo que conocemos como hidrógeno renovable.

Sin embargo, su uso en algunos procesos industriales requiere la adaptación de la infraestructura de suministro y uso del combustible. En el caso de los hornos de gas, por ejemplo, es necesario adaptar los quemadores convencionales a las propiedades fisicoquímicas del nuevo combustible, que son notablemente diferentes de las del gas natural

Además, no es el único uso que se le puede dar al hidrógeno. Este elemento se puede quemar para obtener energía térmica o se puede recombinar con el oxígeno para obtener energía eléctrica. La producción de electricidad a partir del hidrógeno, se realiza mediante el proceso inverso a la electrolisis.

Si en el proceso de producción de hidrógeno se consume electricidad y agua para producir hidrógeno y oxígeno, se puede invertir este proceso para producir electricidad y agua a partir de ambos gases en conjunto. Este proceso se realiza en sistemas conocidos como pilas de combustible.

El desarrollo tecnológico de estos sistemas los ha situado en el punto de mira para el sector de la movilidad, donde, a pesar de ser una tecnología de menor madurez que sus competidores, ha demostrado tener una densidad energética potencialmente buena para el transporte.

Los vehículos de hidrógeno ya son una realidad, sin embargo, son varios los retos a los que se enfrentan. En primer lugar, el bajo volumen de producción propicia unos precios elevados, lejanos a los de tecnologías con mayor recorrido.

En segundo lugar, al tratarse de un gas, su densidad energética en condiciones atmosféricas es baja, lo que requiere una compresión a elevadas presiones para alcanzar la máxima autonomía del vehículo. Finalmente, a pesar de permitir una recarga rápida (en torno a los 5 minutos), no existe infraestructura de distribución. 

Con estos retos en mente, el lector se preguntará por qué entonces hay tanto interés en esta tecnología. Pues este interés viene propiciado por el mismo motivo que el uso de hidrógeno en la industria, para cubrir las aplicaciones donde la electrificación directa no es tan efectiva, en este caso: el transporte pesado.

Es esta aplicación la que mejor prospectiva posee en lo que al uso de hidrógeno en movilidad se refiere. También, se está estudiando con mayor intensidad su implementación en flotas, donde las estaciones de recarga se pueden centralizar eliminando el problema de la ausencia de infraestructura de suministro.

Otra alternativa, es el uso del hidrógeno renovable para producir combustibles sintéticos con emisiones nulas. A partir de la información existente, diversas administraciones de todo mundo han elaborado sus hojas de ruta respecto al hidrógeno renovable, entre las que se encuentra la de la Unión Europea y la de España.

Si bien es cierto que cada caso tiene sus particularidades, la mayoría de los planes estratégicos poseen muchos puntos en común. A pesar de contemplar diversos métodos alternativos para la producción de hidrógeno, el foco se encuentra en la producción mediante electrolisis alimentada por energías renovables. 

En lo que refiere a su uso, el primer paso está centrado en la sustitución de hidrógeno no renovable, el hidrógeno gris mayoritariamente, por hidrógeno renovable. Este paso implica el desarrollo tecnológico en la etapa de producción, pero no requiere ninguna adaptación para su uso, tratándose de procesos que tradicionalmente han empleado hidrógeno.

El siguiente foco es la industria de difícil descarbonización, donde el uso del hidrógeno si que implica una transformación del proceso. Finalmente, en lo que a movilidad se refiere, el uso de hidrógeno aún tiene camino por recorrer.

En definitiva, el hidrógeno renovable se presenta como un elemento descarbonizador de vital importancia, siendo su objetivo cubrir aquellos focos de emisiones donde las alternativas conocidas a los combustibles fósiles no han conseguido llegar hasta la fecha.

Esto permitirá abrir aún más el abanico de posibilidades y acercar a diversos sectores a una descarbonización mayor.

Juan Peréz, Área de Hidrógeno del Instituto Tecnológico de la Energía (ITE).

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