El Hidrógeno Verde (II) - Diseñando el futuro energético e industrial

 

El hidrógeno es el primer elemento de la tabla periódica, el más simple y liviano que existe. Es tan ligero que no se encuentra en estado puro en la naturaleza, siempre aparece combinado con otros elementos, en forma de agua, compuestos orgánicos, etc. El 75% de la materia contiene hidrógeno, y la industria química lleva obteniéndolo desde mediados del siglo XX para ser utilizado como materia prima en metalurgia y fabricación de fertilizantes, principalmente.

Los procesos actuales de obtención de hidrógeno son altamente contaminantes y generadores de emisiones de CO_2. Mayoritariamente, se obtiene hidrógeno en las refinerías mediante el reformado de gas natural, proceso que requiere gran consumo de energía, y que genera dióxido de carbono como producto de desecho. También se fabrica hidrógeno puro mediante la captación de los gases emanados de la quema de carbón (sobre todo en China), lo cual es aún  más perjudicial para la atmósfera.

Si la obtención de hidrógeno es responsable de tantas emisiones nocivas, ¿por qué existe tanto interés actualmente por el hidrógeno como parte de la transformación ecológica, y por qué se le atribuye la etiqueta de verde?

Imagen cortesía de Signus

En la electrólisis de la molécula del agua está gran parte de la respuesta. El agua, fuente de la vida terrestre, está formada por hidrógeno y oxígeno, mediante una unión molecular fuerte y estable. Con la aportación de una corriente eléctrica y el uso de membranas, es posible romper la molécula del agua, generando hidrógeno y oxígeno de alta pureza por separado. Electrólisis significa ruptura mediante el uso de energía eléctrica. Cuando la energía eléctrica que alimenta los electrolizadores proviene de fuentes renovables, entonces el hidrógeno obtenido no genera emisiones de gases de efecto invernadero, y únicamente libera oxígeno como producto de desecho (aunque también puede ser aprovechado para múltiples usos). Al producto fabricado mediante este proceso se le denomina hidrógeno verde y se considera 100% libre de emisiones, en contraposición al hidrógeno gris (procedente de gas natural y petróleo), el hidrógeno negro (procedente de la quema de carbón), o el hidrógeno azul, similar a los dos anteriores, pero añadiendo una planta de captura de parte del CO2 emitido en la fabricación del gas.

Electrolizador y depósitos de almacenamiento del hidrógeno y oxígeno obtenidos.
Imagen gentileza de Inycom Energy

Estructura de uno de los mayores electrolizadores construidos hasta el momento, propiedad de la empresa noruega Hydrogen Pro. Su capacidad de generación es de 100Kg/hora de H2 de alta pureza

El hidrógeno verde usado como materia prima constituye por sí mismo una alternativa tecnológica muy valiosa para reducir las emisiones asociadas a la industria, pero su potencial va mucho más allá. En mi anterior publicación, definía al hidrógeno verde como un nuevo vector energético, una alternativa real a los combustibles fósiles en sectores difíciles de electrificar. ¿Cómo puede el hidrógeno transformarse en una fuente de energía? Sencillamente, mediante la construcción de una pila que le permita volver a unirse al oxígeno de forma espontánea y controlada, y aprovechando la energía liberada en el proceso en forma de electricidad.

Motor de BMW iX5, basado en pila de combustible alimentada por hidrógeno

En otras palabras, los excedentes de energías renovables en períodos picos de producción pueden emplearse para la generación de hidrógeno en estado puro a partir únicamente de agua. Mediante una red adecuada de transporte y almacenamiento, el hidrógeno libre de emisiones puede ser reconvertido posteriormente en energía eléctrica mediante una “pila de hidrógeno” o “pila de combustible”, cuando y donde se necesite.

Transporte de uno de los 5 depósitos de almacenamiento de hidrógeno para las instalaciones experimentales del Centro Nacional del Hidrógeno en Puertollano. Diciembre 2021

Una buena forma de entender el potencial de este proceso es mediante un ejemplo real, representativo de los múltiples proyectos de hidrógeno verde que están actualmente en fase de desarrollo en España y muchos otros países del mundo.

Como parte de sus compromisos de descarbonización, Fertiberia y Arcelor Mittal han comprometido inversiones millonarias para la utilización de hidrógeno verde en sus plantas del norte de España, en Asturias y Euskadi. Su decisión inversora ha animado a empresas del sector energético y a administraciones públicas a diseñar una cadena de valor en torno al hidrógeno. El primer eslabón se encuentra en el suministro abundante de energía renovable, en este caso a partir de centros de generación eólicos y fotovoltaicos en Castilla y León. Asociado a los centros de producción renovable, se plantea desarrollar un conjunto de electrolizadores para la generación de hidrógeno. Posteriormente, se procederá al transporte de dicho gas hacia las zonas en las que se consumirá, lo cual puede hacerse adaptando la red actual de gas natural a las necesidades específicas del hidrógeno, o bien, construyendo nuevas redes de transporte específicas para este gas. Como el consumo del gas debe adaptarse a su demanda real, habrá que habilitar elementos de almacenamiento, para lo que se podrán reconvertir determinadas infraestructuras energéticas ya existentes en la cornisa cantábrica, tales como antiguas centrales térmicas de carbón, o incluso se plantea utilizar minas de sal para el almacenamiento a más largo plazo. Una vez construida toda la infraestructura de transporte y almacenamiento, el hidrógeno estará listo para ser consumido en las plantas de producción de acero y fertilizantes de ciudades como Avilés, Gijón o Sestao y, por qué no, para utilizarse como fuente de energía alternativa al gasóil y el gas natural en el sector del transporte. Será necesario entonces crear una red de suministro de combustible para camiones pesados con motores basados en pilas de combustible con tecnología de hidrógeno. Gradualmente, en las áreas industriales se planea sustituir las actuales gasolineras por hidrogeneras capaces de inyectar el nuevo combustible limpio en motores de vehículos propulsados por pilas de combustible de tecnología de hidrógeno. De esta manera, se conseguirían superar las dificultades actuales para electrificar el transporte pesado, causadas por el enorme peso de las baterías, que lastra la eficiencia del transporte de mercancías en camiones eléctricos. Y, puestos a completar la cadena, por qué no extender el suministro de hidrógeno a barcos y aviones movidos también por pila de hidrógeno, que operen en los puertos y aeropuertos cercanos.

Hidrogenera en las instalaciones del Centro Nacional del Hidrógeno.
Puertollano, Ciudad Real

Toda esta nueva cadena de valor del hidrógeno, que puede parecer ciencia ficción, está empezando a diseñarse, e incluso a construirse, impulsada por los fondos europeos de regeneración, los compromisos climáticos adquiridos en el compromiso de París de 2015 (y consolidados en la recién terminada COP28), y la voluntad decidida de muchas instituciones y empresas. Si algún día llega a hacerse realidad y escalarse a nivel global, habrá sido en buena medida gracias a la profesionalidad de una amplia red de ingenieros que actualmente están trabajando con una enorme ilusión por contribuir a un futuro sostenible.

La nueva economía del hidrógeno, además de ser un elemento clave para la descarbonización, representa una oportunidad única para reducir la dependencia energética que Europa tiene del exterior, al tiempo que podría revitalizar zonas industriales mediante un proceso de transición ecológica justo y enriquecedor.

Sin embargo, no demos por hecho que se hará realidad. Como todas las grandes oportunidades de transformación, el hidrógeno verde presenta también enormes desafíos, desde el punto de vista tecnológico, económico y regulatorio.

 (Continuará)