Hidrógeno verde

El proceso mayoritariamente (95%) utilizado para la obtención del H2 es el reformado de metano con vapor de agua (Steam Methane Reforming, SMR), un proceso en el que el vapor de agua reacciona con el metano a alta temperatura (700-1.100 ºC) y presión (25 bares).

La única forma de producir hidrógeno libre de emisiones es descomponiendo agua (H2O) a través de un proceso de electrolisis, utilizando electricidad de origen 100% renovable. A este tipo de H2 se le denomina “Hidrógeno verde”.

Por ello, el hidrógeno verde es una forma de energía limpia y en el futuro puede convertirse en la mejor alternativa para el combustible. Sin embargo, aún presenta algunos inconvenientes y limitaciones en su transporte y almacenamiento.

¿Qué es el hidrógeno verde?

El hidrógeno verde es hidrógeno libre de emisiones de CO2.Se obtiene a través de un proceso químico llamado electrólisis.  Hay dos tecnologías principales para los electrolizadores, los basados en membranas de intercambio protónico (PEM) y los basados en tecnología alcalina (ALC). Sin embargo, ambas están aún lejos de poder competir en costes con la producción a partir de gas natural.

De acuerdo a los objetivos climáticos de Europa, la descarbonización y en concreto la descarbonización del hidrógeno juega un papel crucial, ya que en la actualidad es responsable del 2% del CO2 emitido en el mundo.

Cómo se obtiene el hidrógeno verde

El hidrógeno verde se obtiene a través de la electrólisis, un proceso químico que utiliza la corriente eléctrica para separar el hidrógeno el oxígeno que hay en el agua.

Si esa electricidad se obtiene de fuentes renovables se produce energía sin emitir CO2 a la atmósfera.

Esta forma de obtener hidrógeno,  puede ahorrar millones de toneladas anuales de CO2 y puede sustituir con facilidad al ahora llamado hidrógeno gris, producido mediante el reformado de metano con vapor de agua (Steam Methane Reforming, SMR),.

Aplicaciones del hidrógeno verde

Usos industriales

Se espera que el hidrógeno se utilice principalmente en los sectores en los que la electrificación directa no es posible, incluidas las industrias que en la actualidad consumen mucha energía (como las refinerías, los fertilizantes, la fabricación de acero, cemento, etc) y determinados sectores del transporte pesado (transporte marítimo, aviación o vehículos pesados de larga distancia).

Es decir se puede utilizar el hidrógeno verde para el sector minero, el sector industrial, el sector agrícola y la exportación.

Además, en la actualidad el hidrógeno puede generar electricidad a través de unos dispositivos llamados celdas de combustible.

Gracias al hidrógeno verde se podrá descarbonizar la industria química, y sectores industriales que producen acero, cemento y otros. Además, podrá eliminar el CO2 de la aviación y del transporte marítimo.

¿Cómo se almacena el hidrógeno verde?

El hidrógeno verde, al igual que el hidrógeno gris se puede almacenar en tanques y además, es posible hacerlo durante mucho tiempo, no obstante todavía es una tecnología muy cara e inmadura.

El Hidrógeno contiene mucha energía por unidad de masa, pero poca energía por unidad de volumen. Comprimirlo es muy costoso (mucho más que el metano) y aún más licuarlo (supone 50% de la energía contenida en el Hidrógeno). Mejoras en las tecnologías de compresión y licuefacción contribuirían a reducir algo este coste para los casos en que no haya más remedio que transportarlo, aunque éstas mejoras resultan muy complicadas. Es por ello que a priori es mucho más efectivo desarrollar zonas de consumo y producción de Hidrógeno verde adyacentes, como por ejemplo polos industriales.

Ventajas e inconvenientes del hidrógeno verde

El Hidrógeno verde tiene varios desafíos tecnológicos que resolver para reducir su coste e incrementar su competitividad:  Poca seguridad: el hidrógeno, y esto incluye al hidrógeno verde, es un elemento inflamable y volátil que necesita gran seguridad para evitar fugas y explosiones.

• Consume mucha energía: asimismo, la producción de hidrógeno verde requiere de más energía que la mayoría de combustibles.
• Alto coste: crear hidrógeno verde mediante electrólisis y fuentes renovables es muy costoso y además provoca un encarecimiento de la obtención del hidrógeno.

No obstante, tiene más ventajas que inconvenientes y por eso en los últimos años está siendo una gran apuesta:

• Es versátil: se puede transformar en gas, en electricidad… y se puede usar para todo tipo de fines, desde industriales a domésticos, pasando por comerciales y de transporte y movilidad.
• 100% sostenible: por supuesto esta es su gran ventaja, ya que no emite gases contaminantes. No lo hace ni durante la producción ni durante la combustión.

Otros tipos de hidrógeno y sus diferencias

El hidrógeno puede servir como combustible y como energía para diferentes sectores. Sin embargo, cuando hablamos de hidrógeno no siempre hablamos de hidrógeno verde, el cual se obtiene a través de energías renovables. También existe el hidrógeno gris y el azul. ¿En qué consisten y cuáles son sus diferencias con el hidrógeno verde?, ¿cuál es el que tiene más futuro?

Hidrógeno azul

El hidrógeno azul se obtiene a partir de combustibles fósiles, como es habitual para el hidrógeno. Pero en el proceso se captura y almacena parte de las emisiones de CO2 que produce mediante procesos de CCS- (Carbon capture and storage), , por eso es menos contaminante que el hidrógeno gris.

Hidrógeno gris

El hidrógeno gris es el más convencional, el que se obtiene a partir de combustibles fósiles y las emisiones que se producen en el proceso se liberan directamente a la atmósfera.

¿Se puede considerar el hidrógeno verde como una energía limpia?

Sí, ya que el hidrógeno verde es una energía que se obtiene sólo a partir de energías renovables, es decir, energías limpias, lo que convertiría el producto final, el hidrógeno verde, también en una forma de energía limpia.

El hidrógeno verde es también sostenible, y su índice de contaminación es cero.

Algunos inconvenientes del hidrógeno verde

A pesar de sus ventajas, el uso de hidrógeno verde es muy controvertido por las siguientes razones:

• La eficiencia del proceso de generación de hidrógeno vía electrólisis está entre el 60% y el 80% es decir, que si se usa un megavatio-hora de electricidad, el hidrógeno almacenado correspondería a una energía entre 0,6 y 0.8 megavatio
• La eficiencia del proceso de combustión y generación eléctrica o de calor usando el hidrógeno verde, no se ha conseguido que supere el 50% de eficiencia, con lo que quedaría entre un 0,3 y un 0,4 del megavatio-hora inicial.

Adicionalmente,  usar las infraestructuras de almacenamiento y distribución de de gas natural para almacenar y distribuir el hidrógeno tiene 2 problemas importantes:

• El primero es que el hidrógeno es el gas más liviano, su partícula es mucho más pequeña que la del gas natural y por tanto, “escapa” más fácilmente de las tuberías de distribución del gas natural. Estas pérdidas se cifran entre un 1% y un 3% más que el gas natural.
• Lo segundo y más importante, es que el hidrógeno combina con casi todo los elementos y por tanto corrompe más fácilmente la canalización o el tanque donde se almacena, por lo que habría que invertir mucho presupuesto en el cambio completo de la distribución.
• En tercer lugar, el efecto de mezclar hidrógeno con gas natural elimina su potencial de descarbonizar y al final no consigue descarbonizar ningún uso específico sino diluir el esfuerzo descarbonizador entre toda la demanda de gas, incluida aquella que sí tiene opciones más eficientes de descarbonizarse
• Además, hay que tener en cuenta que la inyección de hidrógeno en un punto concreto de la red de gas produciría una alteración sustancial de la mezcla en la zona próxima. Es decir, para alcanzar el límite del 5% a nivel nacional, la inyección de hidrógeno se debería producir de forma uniforme en cada una de las entradas al sistema gasista.
• Una alteración de la mezcla produciría problemas de compatibilidad que hay que valorar. En concreto, hay que valorar el impacto en las propias redes de gas y valorar el impacto en las instalaciones de los consumidores que se encuentren cerca de la inyección (posible adaptación de quemadores u otros elementos).

Asimismo, el hidrógeno es altamente inflamable, por lo que la seguridad podría ser uno de los problemas mayores para su uso en viviendas y en automóviles.

Conclusiones

El hidrógeno verde es una energía limpia, renovable y de emisiones cero. Puede tener usos en una amplia variedad de sectores y aplicaciones. Sin embargo, todavía la tecnología tiene que madurar para reducir sus costes.

La electrificación directa es la forma más eficiente para descarbonizar ciertos sectores utilizando por ejemplo el vehículo eléctrico o la bomba de calor eléctrica para climatización de viviendas y edificios.

El hidrógeno es útil para descarbonizar sectores industriales que no se pueden electrificar.

A priori es mucho más efectivo desarrollar zonas de consumo y producción de Hidrógeno verde adyacentes, como por ejemplo polos industriales, con esto se evitaría perdidas en la distribución y no haría falta adaptar la red ni las infraestructuras de gas natural.

El Plan de Descarbonización de España para 2050 (o ELP 2050)

En el compromiso de España con la neutralidad climática el país se compromete a lo siguiente: “España reduzca, no más tarde de 2050, sus emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) en un 90% respecto a 1990.”.

Algunos de los pasos para este plan de descarbonización son:

• Electrificación directa con electricidad 100% renovable: es decir, conseguir energía a través de fuentes de energías renovables como son el sol o el viento. De ese modo se puede descarbonizar el sector transporte mediante el vehículo eléctrico, las fábricas electrificando sus procesos industriales, , la calefacción y la refrigeración mediante bombas de calor…
• Electrificación indirecta o hidrógeno verde: existe el hidrógeno verde o H2 verde también llamado hidrógeno limpio. Este es el que se genera a partir de la electricidad renovable. De este modo se pueden obtener combustibles neutros. El H2 verde es útil para descarbonizar aquellos sectores más dificiles de electrificar como la industria de alta temperatura, el sector de la aviación o de la navegación.
• Biocombustibles: los biocombustibles son cada vez más populares. Se obtienen a partir de material orgánico mediante procesos que están libres de emisiones. Estos biocombustibles tienen muchos fines diversos.

Ahora ya conoces las diferentes partes del plan de descarbonización en España.

La descarbonización y la electrificación de la economía

La electrificación de la economía es clave en la descarbonización, puesto que para reducir las emisiones de carbono lo más eficiente y económico es usar electricidad.

Si además, esta es generada a partir de energías renovables, las emisiones serán neutras.

El objetivo es electrificar la demanda de la energía, para que así se reduzca el uso de las combustibles que emiten CO2.

Los beneficios de la electrificación, además de la descarbonización, son los siguientes:

• Ahorro: las fuentes de energía eléctrica renovables son las más económicas de todas. Si se sigue aumentando la generación de energía a partir de estas fuentes renovables se eliminará el coste medio de la factura.
• Mejora la calidad del aire: gracias a los coches y transportes eléctricos, y a los sistemas de calefacción eléctricos se reducirá la emisión de gases de efecto invernadero y con ello se mejorará la calidad del aire y se reducirá la contaminación, pues no estarán presentes los gases tóxicos.
• Hogares inteligentes: hogares, oficinas, pequeños comercios…la digitalización no solo nos hace la vida más fácil, también mejora la eficiencia y reduce los costes.
• Más empleo: la inversión en energías renovables generará entre 107.000 y 135.000 empleos solo para 2030. En 2050 la cifra aumentará considerablemente. Esto lo ha previsto el Plan Nacional Integrado de Energía y Clima (PNIEC).

Sectores más fácilmente descarbonizables en la UE

La mayoría de sectores son fácilmente descarbonizables si se siguen las instrucciones adecuadas. Algunos de ellos son:

• La producción de electricidad (mediate energías renovables)
• El transporte: (turismos y furgonetas y transporte pesado).
• El calor de la industria.

Sectores con mayor dificultad para su descarbonización en la UE

Pero no todas las ramas ni vertientes de los sectores arriba mencionados van a tener facilidad para la descarbonización. Existen algunos que tardarán más en el proceso e incluso este puede ser costoso. Por ejemplo:

• En el sector transporte: la aviación y el transporte marítimo.
• Industrias que requieren altas temperaturas.

No obstante, estos ejemplos representan solo el 15% del consumo y emisiones de la UE.