Crear una cultura en torno al Hidrógeno Verde

Hoy continuamos con una segunda entrega editorial sobre lo que es ya conocido como el combustible de la Transición Energética en el mundo.

Un trabajo de difusión que realizan en conjunto, la entidad del gobierno de Puebla y la firma de consultoría energética Hinicio.

Continuamos con tres preguntas más de las 10 que dan forma al documento referido. También en esta ocasión nos permitimos adjuntar enlaces editoriales que nos dejan ver lo que sucede en esta materia en otras regiones del planeta, pero antes:

¿Dónde nos quedamos?

Pregunta tres

¿Cómo se produce el hidrógeno?

El hidrógeno se puede obtener de múltiples sustancias que lo contienen a través de diferentes métodos. Algunas de las formas más comunes son:

Reformado con vapor: Se utiliza gas natural o petróleo como insumos. Cuando se usa gas natural, este se hace reaccionar con vapor de agua en reactores catalíticos para descomponerlo en hidrógeno y dióxido de carbono. 48 por ciento del hidrógeno mundial se produce de este modo.

Algunos procesos de refinación de crudo incluyen el reformado de naftas (producto intermedio de refinación). De estas reacciones también se obtienen cantidades importantes de hidrógeno, las cuales contribuyen al 30 por ciento de la producción del hidrógeno mundial.

Gasificación: Con una contribución mundial de menos del 20 por ciento, el carbón también es una fuente de hidrógeno cuando se hace reaccionar con oxígeno y vapor de agua.

Tanto los métodos de reformado como la gasificación producen CO2, por lo que al hidrógeno producido se le conoce como “hidrógeno gris”. Cuando estos métodos incluyen técnicas de captura y secuestro de carbono se produce “hidrógeno azul”.

Electrólisis: Este método utiliza energía eléctrica para romper moléculas de agua en hidrógeno y oxígeno. La electrólisis en la actualidad contribuye solamente con el cinco por ciento de la producción mundial de hidrógeno, pero debido a sus ventajas ambientales, es el método que se vislumbra como la opción más apropiada para la descarbonización de la producción de hidrógeno.

Otros métodos: Existen métodos menos maduros tecnológicamente, pero que en los siguientes años podrían tener avances muy significativos.

Algunos ejemplos son la pirólisis (reacción térmica de la biomasa para producir hidrógeno y carbón sólido), los métodos biológicos (que utilizan bacterias para descomponer materia orgánica y producir hidrógeno) o la fotólisis (descomposición catalítica del agua utilizando la luz solar directamente).

El hidrógeno producido mediante pirólisis está catalogado como “hidrógeno turqués” nombrado así por primera vez en la Estrategia Nacional del Hidrógeno de Alemania 2020, mientras que al hidrógeno producido por electrólisis a partir de energía nuclear se le conoce como “hidrógeno rosa”.

Pregunta cuatro

¿Qué aplicaciones tiene el hidrógeno?

El hidrógeno tiene usos tradicionales que se mantendrán, al mismo tiempo que se espera aumentos en su demanda mundial debido al crecimiento natural de esas industrias.
Sin embargo, el Hydrogen Council* estima que para 2050, más del 75 por ciento de la demanda mundial de hidrógeno podría deberse a las nuevas aplicaciones de esta sustancia. Estas nuevas aplicaciones incluyen:

Almacenamiento de energía: La energía solar fotovoltaica o eólica puede usarse para generar hidrógeno para ser guardado en tanques (volúmenes bajos a medios) o incluso en reservorios bajo tierra (altos volúmenes). Cuando el recurso renovable no esté disponible debido a la hora del día o a la estación del año, el hidrógeno puede reconvertirse en energía eléctrica a través de celdas de combustible o turbinas de hidrógeno.

Movilidad eléctrica: Los vehículos de celda de combustible de hidrógeno (FCEV) son vehículos eléctricos. Dentro del auto, el hidrógeno es convertido en electricidad y esta electricidad hace que un tren motriz eléctrico mueva el vehículo.

Producción de “químicos verdes”: Hoy en día, muchas industrias consumen hidrógeno en sus procesos. Algunos ejemplos son la industria del amoniaco, metanol, resinas y de las grasas alimenticias, como la margarina.

El reemplazo de hidrógeno fósil por hidrógeno renovable permitirá producir sustancias con un menor impacto ambiental, además, mientras más competitivo sea económicamente el hidrógeno verde, nuevas aplicaciones se desarrollarán. Por ejemplo, la reducción de hierro, un proceso de purificación del mineral de hierro para la producción de acero que actualmente produce entre 1.8 y 2 toneladas de CO2 por tonelada de acero producido.

Inyección de H2 en gasoductos: Una de las formas en que se puede aprovechar el hidrógeno verde es mediante su inyección en gasoductos. A pesar de que el gas natural y el H2 son sustancias con diferente densidad y poder calorífico, pueden ser mezcladas en proporciones que van de 1 a 20 por ciento en volumen de hidrógeno y esta mezcla puede ser consumida directamente por equipos industriales como hornos, turbinas y calderas, y por equipos domésticos como estufas y calentadores residenciales, reduciendo hasta en un 10 por ciento la huella de carbono del gas.

Producción de calor industrial: El hidrógeno es un gas que puede ser combustionado en quemadores abiertos o en cámaras de combustión interna. Su combustión produce vapor de agua como producto principal. Debido a las altas temperaturas a las que esta reacción ocurre, también hay producción de NOx. Sin embargo, actualmente se desarrollan tecnologías para reducir la generación de este contaminante y permitir que el hidrógeno gane terreno en aplicaciones térmicas.

Adicionalmente, cuando el hidrógeno se usa para producir electricidad en celdas de combustible, estas también producen calor, por lo que la cogeneración calor-electricidad con hidrógeno es una alternativa de sistema energético con una eficiencia de hasta 90 por ciento.

Edificaciones residenciales: En el sector residencial, las celdas de combustible de baja temperatura ofrecen una opción de generación de calor (60-70°C) y energía eléctrica (desde pocos kW hasta MW). El país líder en adopción de este tipo de sistemas es Japón, con más de 300 mil unidades instaladas.

Producción de combustibles sintéticos: El hidrógeno combinado con el CO2 capturado en procesos industriales, o incluso del aire, puede producir combustibles sintéticos: ya sea gaseosos como el metano o líquidos como el diésel y el queroseno. Las técnicas de síntesis de estos combustibles aún producen moléculas más caras que las fuentes fósiles, pero se prevé su competitividad económica antes de 2040, lo cual ofrece una alternativa de descarbonización a sectores donde el hidrógeno como combustible puro podría tener complicaciones técnicas, como la aviación.

Pregunta cinco

¿El hidrógeno es peligroso?

El hidrógeno no es peligroso. Es una sustancia que, por sus características energéticas, debe manejarse con precaución, de forma idéntica a los combustibles fósiles.
La industria del petróleo y gas, la del amoniaco y otras, lo han manejado con éxito durante los últimos 80 años y se cuentan con normas y estándares técnicos robustos para su uso. El hidrógeno es un gas peculiar, ya que es la sustancia con mayor densidad energética por kilogramo, sin embargo, es sumamente ligero: 14 veces más que el aire a presión atmosférica.

Lo anterior hace que el hidrógeno deba almacenarse, transportarse y disponerse a aplicaciones como los vehículos en forma comprimida: desde las 200 hasta las 700 atmósferas de presión**. Esto ha provocado la necesidad de generar materiales nuevos y de muy alta resistencia que actualmente permiten el manejo seguro de este gas.

Cuando se habla de la movilidad del hidrógeno, una de las preguntas más frecuentes es cómo se comportará un vehículo de celda de combustible en un accidente. Para ello, se han diseñado los vehículos para proteger a los tanques de hidrógeno de impactos y, aún en el caso de que estos se vieran dañados, la ligereza del gas hará que este fugue inmediatamente a la atmósfera en dirección vertical, en vez de regarse y provocar un incendio extendido, como los combustibles líquidos.

* El Hydrogen Council es una iniciativa global de empresas líderes en energía, transporte e industria con una visión unificada y una ambición a largo plazo para que el hidrógeno fomente la transición energética.
** Una atmósfera es una unidad de medición de la presión de líquidos y gases y es equivalente a la presión que ejerce el aire de la atmósfera sobre la superficie terrestre a nivel del mar. Una atmósfera equivale a 14.7 libras de presión.