Por Pablo José María Estruga

Cuando hablamos de hidrógeno en el sector energético, hablamos de su posible uso para almacenar energía. La misma molécula (H₂) es la que almacena en su enlace la potencia en forma de energía química. Rompiendo estos enlaces se vuelve a obtener la fuerza almacenada.  

Si bien es el elemento más abundante del universo, y en la tierra uno de cada seis átomos son de hidrógeno,  no es posible encontrar su molécula en grandes cantidades en la atmósfera o en la corteza terrestre.

El átomo de hidrógeno se encuentra mayormente ligado a otros elementos como el oxígeno y el carbono, formando agua y compuestos orgánicos respectivamente. Es por esto, que son necesarios procesos químicos o electroquímicos para romper dichas moléculas y así separar el hidrógeno.  

Producción de hidrógeno, ¿cómo se obtiene?

En la industria se tienen amplios conocimientos de estos procesos. Actualmente, se producen alrededor de 600 billones Nm³ anuales de hidrógeno, basándose el 96% de la producción de hidrógeno en hidrocarburos.

El método más popular es conocido como steam reforming (SMR). Este consiste en romper cadenas de hidrocarburos mediante el uso de vapor de agua a alta temperatura. La desventaja de este proceso es que genera dióxido de carbono, como producto adicional. Esta desventaja puede suplirse con técnicas de secuestro y captura de carbono (CCS).

Una alternativa, es la electrólisis que representa solo un 4% en la producción de hidrógeno. Se trata de un tratamiento electroquímico que se realiza por medio de un equipo llamado electrolizador. En este proceso, una corriente eléctrica rompe la molécula del agua separando el hidrógeno del oxígeno. Esta técnica, conocida como Power to Gas, podría ser una forma de obtener hidrógeno libre de emisiones, ó hidrógeno verde, si la corriente es generada por fuentes renovables. Actualmente se busca desarrollar y mejorar la eficiencia de este proceso, el cual apunta a ser una gran solución a futuro.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

¿Para qué se usa el hidrógeno?

El hidrógeno es utilizado como insumo para distintas industrias. La producción de fertilizantes representa aproximadamente el 50% del consumo; las industrias químicas y petroquímicas representan un 35%. La siderurgia y la industria alimenticia también se valen de componentes electrónicos. Además, excepcionalmente lo utiliza la industria aeroespacial como combustible.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Vector energético

Dentro del sector energético, al hidrógeno es considerado un vector energético. Esta definición está dada según dos conceptos:

  1. No es posible obtener su molécula de una fuente directa, como petróleo de un yacimiento, es necesario un proceso químico para separarla.   
  2. Es un elemento que permite transformar la energía para ser almacenada y transportada.

Luego, hay tres principales aplicaciones que son de interés:

  1. Su utilización como combustible en vehículos a pilas combustibles.
  2. El almacenamiento de energía eléctrica proveniente de renovables en forma de gas, permitiendo regular la red eléctrica y, por consiguiente, la posterior generación de energía eléctrica o térmica.
  3. Ser utilizado como insumo en industrias.

En la actualidad es mayormente utilizado como insumo para industrias, pero se espera que para el 2030 se vea diversificada la utilización del hidrógeno, sobre todo tomando posición en el sector energético y movilidad. Existen diferentes casos que muestran el interés por desarrollar esta tecnología y materializar esta visión. A continuación presentamos casos nacionales e internacionales:


Leeds, la ciudad de hidrógeno.

En lo que refiere a la utilización del hidrógeno como fuente térmica, es interesante mencionar el proyecto de la empresa Northern Gas Networks (NGN) y el City Council de la ciudad de Leeds, Inglaterra. Lanzado en 2016, el proyecto busca adaptar la red de gas natural de Leeds para que el consumo de gas natural pase a ser 100% de hidrógeno. Respecto de esto, las autoridades manifestaron su inquietud por liderar las tecnologías de hidrógeno, posicionar a Leeds como una “hydrogen city”, – concepto clave dentro de una economía basada en hidrógeno-  y reducir así las emisiones de dióxido de carbono. Para apoyar el desarrollo de este proyecto el gobierno anunció un financiamiento inicial de £ 25 millones.

Japón y las olimpiadas 2020

Otro ejemplo significativo es el de Japón, uno de los principales países que busca liderar las tecnologías de hidrógeno y la transición hacia ellas. Aprovechando que los juegos olímpicos 2020 se realizarán en Japón, las autoridades han anunciado la fuerte inversión de unos U$D 330 millones, aproximadamente. El objetivo es instalar varias estaciones de servicio que dispensarán hidrógeno, así como fomentar la fabricación de autos y buses que funcionarán partir de celdas combustibles.

Además, se prevé que la villa olímpica, donde vivirán los deportistas, se abastezca energéticamente también con celdas combustibles.

El país asiático busca aprovechar el espectáculo deportivo, marco ideal de exposición mundial, para incorporar nuevas tecnologías y hacer una muestra del alcance que la economía del hidrógeno puede tener.

El año pasado,  el primer ministro nipón, Shinzo Abe, visitó la Argentina con el fin de seguir profundizando las relaciones con el gobierno Argentino. Una de los temas tratados fue la posibilidad de que Japón exporte, desde Argentina, hidrógeno generado de fuentes renovables. En esta nota publicada por Enerblog se pueden encontrar más detalles.

Shell en busca de nuevos tecnologías

Otro caso interesante es el Shell, una de las grandes empresas del sector. Recientemente, ha desarrollado una nueva división conocida como New Energies (NE) con el fin de posicionarse y dominar nuevas tecnologías energéticas.

En este sentido Shell, ya ha instalado en Alemania, Inglaterra y Estados Unidos sus primeras estaciones de servicio de hidrógeno. Además, está planificando junto a con ITM, empresa comercializadora de sistemas de almacenamiento, la instalación de un electrolizador de 10MW en una de sus refinerías ubicada en Wesseling, Alemania. El electrolizador buscará abastecer parte del consumo de hidrógeno de la refinería, como así también regular la red eléctrica.  

Hydrogen Council, CEO’s unidos para la promoción del hidrógeno.

Muchas otras empresas han demostrado a nivel internacional su interés por desarrollar las tecnologías de hidrógeno. En enero de este año, se lanzó en Davos, Suiza, en el marco del Word Economic Forum 2017, el Hydrogen Council. Este consejo está formado por 13 CEO’s de las siguientes empresas: Air Liquide, Alstom, Anglo American, BMW GROUP, Daimler, ENGIE, Honda, Hyundai Motor, Kawasaki, Royal Dutch Shell, The Linde Group, Total y Toyota.

Este consejo se constituyó a partir de los siguientes objetivos:

  1. acelerar las inversiones en el desarrollo y comercialización del hidrógeno y celdas combustibles.
  2. alentar a jugadores clave a aumentar el respaldo al hidrógeno para la futura diversificación de la matriz energética.
  3. propiciar el marco de regulaciones políticas adecuadas.

En Septiembre de este mismo año, 11 nuevos representantes se sumaron al consejo: Audi, Iwatani, Plastic Omnium, Statoil, Mitsui & Co, Plug Power, Faber Industries, Faurecia, First Element Fuel (True Zero), Gore y Toyota Tsusho.

Investigación nacional

En el escenario nacional, podríamos mencionar los proyectos que están desarrollando el ITBA (Instituto Tecnológico de Buenos Aires) y la empresa Hychico.

El ITBA presenta dos proyectos, en primer lugar el proyecto liderado por Ricardo Laureta, el cual busca desarrollar un electrolizador que genere hidrógeno a alta presión directamente a la salida del electrolizador, evitando o disminuyendo la posterior compresión del gas.

Como es sabido, la compresión es necesaria ya que favorece una densidad energética razonable.  Sin embargo, evitar o disminuir el trabajo del compresor incrementaría la eficiencia de todo el proceso de almacenamiento.

Por otro lado, con un chásis y motor donados por Mercedes Benz se está adaptando un motor diésel de combustión interna para que queme hidrógeno. El motor convertido estará acoplado a un generador que cargará las baterías. Estas alimentarán un sistema de optimización para la tracción y aprovecharán también la energía de frenado.

Hychico está comenzando a investigar las posibilidades que ofrece el hidrógeno como vector energético. Cuenta con un parque eólico que presentó en 2016. Es un factor de carga con una capacidad neta de 37.5%.

Parte del suministro de energía eléctrica del parque se utiliza para generar hidrógeno en la planta donde se encuentra el electrolizador, produciendo alrededor de 120Nm³ anuales. Con el hidrógeno generado se han realizado pruebas en un motor de combustión interna donde se completó gas natural con un 20% de hidrógeno. A su vez, al hidrógeno se lo está almacenando en pozos deplotados.

Mediante un gasoducto de 2.3 km, se transporta el hidrógeno al pozo F-160 donde se lo almacena. Una particularidad de este proyecto es la evaluación del material del gasoducto, un material polimérico que buscar disminuir la acción del hidrógeno, el cual ha demostrado ser agresivo con materiales tradicionales.

Finalmente, se busca estudiar en el pozo la metanogénesis -generación de metano (CH4) bajo ciertas condiciones – con microorganismos que utilizan hidrógeno y dióxido de carbono en su metabolismo. A su vez, el metano generado, puede utilizarse luego para calefacción, GNC, motores y turbinas.

Cocluyendo

Con el escenario mundial y nacional planteado, resta concluir acerca del interesante futuro en el sector energético. En este sentido, resulta necesario el estudio y desarrollo de esta tecnología para volver más eficientes los procesos de generación, almacenamiento y utilización. El interés y las inversiones en distintos proyectos a nivel mundial fortalecen la visión de su posicionamiento como vector energético.

Fuentes:

Dr.-Ing. Thomas Jordan, Skript zur Vorlesung über Wasserstofftechnologie, Version 2015.1, KIT, April 2015

http://autoblog.com.ar/2014/07/22/el-itba-y-mercedes-benz-fabricaran-un-bus-a-hidrogeno/

http://www.hychico.com.ar/eng/index.html

https://www.northerngasnetworks.co.uk/2017/04/27/northern-gas-networks-hydrogen-project-takes-step-forward-as-25-million-fund-announced-for-hydrogen-in-homes/

https://www.japan.go.jp/tomodachi/2016/spring2016/tokyo_realize_hydrogen_by_2020.html

http://www.itm-power.com/news-item/10mw-refinery-hydrogen-project-with-shell

http://hydrogencouncil.com/hydrogen-council-investor-day-announced/

http://hydrogencouncil.com/membership-growth/

 

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