El hidrógeno ha tenido una larga trayectoria como combustible en la industria desde hace décadas. Pero ¿Qué tiene de nuevo el hidrógeno verde? ¿Es cierto que tiene el potencial para almacenar energía como ningún otro método? En este artículo descubrirás todo sobre el combustible más antiguo del universo y cómo este nos ayudará a combatir el cambio climático.
¿Qué es el Hidrógeno Verde?
El hidrógeno verde es un tipo de hidrógeno (H2) que se obtiene por medio de un proceso tecnológico conocido como electrólisis. Este método utiliza una corriente eléctrica para separar el hidrógeno y el oxígeno del agua (H2O). La tecnología de la electrólisis ha existido desde hace más de un siglo, y ya se ha obtenido hidrógeno gaseoso por este método en varias ocasiones. Sin embargo, para que el hidrógeno producido pueda ser considerado verde, es decir, respetuoso con el medio ambiente, la electricidad utilizada para la electrólisis debe provenir de fuentes renovables de energía (como la energía solar o eólica), para de esta manera no produzcan dióxido de carbono a la atmósfera durante el proceso.
El hidrógeno es el elemento químico más abundante del universo y, a su vez, el más básico de todos. Su átomo está formado por un solo protón y un solo electrón. Sin embargo, si bien puede encontrarse en estado gaseoso y abundante en las estrellas, dentro de la Tierra no existe en su forma aislada. En cambio, se encuentra combinado con otros elementos y, de entre ello, está el agua.
Si bien la electrólisis del agua es un método de obtención de hidrógeno muy prometedor, actualmente es bastante caro de implementar a gran escala debido a que implica elevados gastos energéticos. Por lo que esta tecnología aún se encuentra en investigación para establecer un método viable de generarlo a nivel global a costos relativamente bajos.
En su lugar, otro método de extracción de gas hidrógeno más utilizado que la electrólisis es el reformado del metano con vapor. Dicha técnica implica la separación de los átomos de hidrógeno en el metano (CH4) de los átomos de carbono y es actualmente la que se utiliza para obtener gas hidrógeno en grandes cantidades. El hidrógeno obtenido por este proceso se denomina: hidrógeno gris. Sin embargo, la desventaja del reformado del metano con vapor es evidente: Emite muchos gases de efecto invernadero a la atmósfera que contribuyen al calentamiento global, como dióxido de carbono y monóxido de carbono.
Por lo tanto, como la descarbonización de la economía mundial es un proceso que no puede postergarse, se espera que poco a poco la tecnología del hidrógeno verde tome cada vez más protagonismo en el futuro. Se estima que este método de obtención de hidrógeno podría ahorrar 830 millones de toneladas de dióxido de carbono que se emiten anualmente cuando este gas se produce a partir de combustibles fósiles. Del mismo modo, reemplazar todo el hidrógeno gris del mundo requeriría 3.000 TeraWatts hora al año de nuevas energías renovables.
¿Cómo ayuda el Hidrógeno Verde a combatir el cambio climático?
Debido a su alta eficiencia y su funcionamiento con cero o casi cero emisiones, el hidrógeno tienen el potencial de reducir las emisiones de gases de efecto invernadero en muchas aplicaciones. Un análisis realizado por el Departamento de Energía Estadounidense ha demostrado que el hidrógeno tiene el potencial de lograr las siguientes reducciones de emisiones:
- Vehículos ligeros de carretera: Reducción de emisiones de más del 50% al 90% en comparación con los vehículos a gasolina actuales.
- Vehículos especiales: Reducción de más del 35% en las emisiones en comparación con las carretillas elevadoras a diésel o a batería actuales.
- Unidades de potencia auxiliar: Más del 60% de reducción de las emisiones en comparación con los motores tradicionales.
- Sistemas combinados de calor y energía: Del 35% a más del 50% de reducción de las emisiones en comparación con las fuentes de calor y energía convencionales.
Uno de los caminos que se deben seguir para alcanzar la descarbonización casi total del planeta es electrificar todo el sistema energético utilizando energías renovables limpias. Pero dicha tarea será difícil, o al menos mucho más costoso que combinar la generación de energías renovables con combustibles bajos en carbono. El hidrógeno verde es uno de los posibles combustibles bajos en carbono que podrían reemplazar a los combustibles fósiles de hoy.
Es cierto que el hidrógeno está lejos de ser el combustible ideal. Su baja densidad hace que sea difícil de almacenar y transportar. Y su inflamabilidad podría ser problemática. Pero el gas es muy versátil y su industria ya lo utiliza ampliamente, por lo que es poco probable que los problemas técnicos relacionados con el almacenamiento y el transporte sean insuperables.
La oportunidad de que el hidrógeno verde se aplique en una amplia gama de sectores significa que existe un número correspondientemente grande de empresas que podrían beneficiarse de una economía floreciente de combustible de hidrógeno. De estos, quizás los más importantes son las empresas de petróleo y gas que se enfrentan cada vez más llamadas a reducir la producción de combustibles fósiles.
El interés de las grandes petroleras en el hidrógeno verde podría ser fundamental para lograr la viabilidad comercial del combustible. Reducir el costo de la producción de hidrógeno verde requerirá una inversión masiva y una escala masiva, algo que las grandes petroleras están en una posición única para ofrecer.
¿Cómo producir Hidrógeno Verde?
El hidrógeno verde, básicamente, es hidrógeno producido con electricidad generada por energías renovables (como solar, eólica, hidráulica, etc.) a través de la electrólisis del agua. La electrólisis es un proceso que genera una reacción electroquímica lo suficientemente potente para dividir el agua en hidrógeno y oxígeno gaseosos, y sin emitir ningún otro gas de efecto invernadero durante el proceso.
La reacción electroquímica de la electrolisis tiene lugar en una unidad llamada electrolizador. Los electrolizadores pueden variar en tamaños que van desde equipos pequeños con dimensiones similares a electrodomésticos para producciones a pequeña escala, hasta instalaciones de producción gran escala tamaño industrial que pueden vincularse directamente a predios de energías renovables (como granjas solares o parques eólicos) para convertir la electricidad generada in situ en hidrogeno verde.
Al igual que las pilas o las baterías que todos conocemos, los electrolizadores constan de una carga negativa llamada ánodo y una carga positiva llamada cátodo ambas separados por una solución de una sal llamada electrolito. A continuación, detallaremos los diferentes tipos de electrolizadores que existen y que se utilizan para producir hidrógeno a partir del agua.
Electrólisis alcalina convencional
Los electrolizadores alcalinos funcionan mediante el transporte de iones de hidróxido (OH–) a través de la solución electrolito desde el cátodo hasta el ánodo y se genera hidrógeno en el lado del cátodo. Los electrolizadores que utilizan una solución alcalina líquida de hidróxido de sodio o potasio como electrolito han estado disponibles comercialmente durante muchos años. Los enfoques más nuevos que utilizan membranas sólidas de intercambio alcalino (AEM) como electrolito se muestran prometedores a escala de laboratorio.
Electrólisis de membrana polimérica protónica
En un electrolizador de membrana polimérica protónica (PEM), la solución que se utiliza como electrolito es un material plástico sólido especial.
El agua reacciona en el ánodo para formar oxígeno e iones de hidrógeno cargados positivamente (protones). Los electrones fluyen a través de un circuito externo y los iones de hidrógeno se mueven selectivamente a través del PEM hasta el cátodo. En el cátodo, los iones de hidrógeno se combinan con los electrones del circuito externo para formar gas hidrógeno.
Electrolizadores de óxido sólido
Los electrolizadores de óxido sólido, que utilizan un material cerámico sólido como electrolito que conduce selectivamente iones de oxígeno cargados negativamente (O2-) a temperaturas elevadas, generan hidrógeno de una manera ligeramente diferente.
El vapor en el cátodo se combina con los electrones del circuito externo para formar gas hidrógeno e iones de oxígeno cargados negativamente. Los iones de oxígeno pasan a través de la membrana de cerámica sólida y reaccionan en el ánodo para formar gas oxígeno y generar electrones para el circuito externo.
Los electrolizadores de óxido sólido deben operar a temperaturas lo suficientemente altas para que las membranas de óxido sólido funcionen correctamente (alrededor de 700°C a 800°C, en comparación con los electrolizadores PEM, que operan de 70°C a 90°C, y los electrolizadores alcalinos comerciales, que generalmente operan a menos de 100°C).
Sin embargo, la electrólisis no es el único método por el cual se obtiene el hidrógeno. El hidrógeno verde es el que se obtiene exclusivamente mediante electrólisis. Si en su lugar se emplean otros métodos, en base a una nomenclatura expuesta consensuada, los colores del hidrógeno se modifican.
Hidrógeno Azul
El hidrógeno azul se produce principalmente a partir del gas natural mediante un proceso llamado reformado con vapor, que reúne el gas natural y el agua calentada en forma de vapor. El resultado del proceso es hidrógeno y dióxido de carbono, siendo este último capturado a través de proyectos industriales de captura, utilización y almacenamiento de carbono. Los proyectos de almacenamiento de carbono buscan hacer que la producción de hidrógeno azul sea ambientalmente neutral moviendo el CO₂ capturado a cavidades subterráneas como depósitos de gas y petróleo vaciados o encontrando usos industriales para el gas capturado. Sin embargo, el hidrógeno azul quizás pueda describirse mejor como “hidrógeno con bajo contenido de CO₂”, ya que el proceso de reformado con vapor en realidad no evita la creación de gases de efecto invernadero.
Hidrógeno Gris
El hidrógeno gris es esencialmente cualquier hidrógeno creado a partir de combustibles fósiles sin capturar los gases de efecto invernadero producidos en el proceso. Sin embargo, dependiendo del hidrocarburo utilizado y la cantidad de dióxido de carbono que libera, también se lo puede conocer como hidrógeno marrón o hidrógeno negro. Si está hecho de lignito (carbón marrón), lo más probable es que sea hidrógeno marrón, e hidrógeno negro si proviene de carbón negro, aunque en algunos casos se le llama a cualquier hidrógeno elaborado a partir de combustibles fósiles como hidrógeno negro o marrón. El hidrógeno se ha elaborado a partir del carbón mediante el proceso de “gasificación” durante más de 200 años. El hidrógeno gris de gas natural reformado con vapor sin almacenamiento de carbono representa alrededor del 71% de toda la producción de hidrógeno en la actualidad, mientras que la gasificación del carbón constituye la mayor parte del resto.
¿Cuáles son las ventajas y desventajas del Hidrógeno Verde?
A pesar de ser una propuesta innovadora de almacenamiento y producción de energía limpia, el hidrógeno verde no deja de tener sus pros y contras. A continuación, detallaremos algunas de las ventajas y desventajas más importantes de esta fuente de energía:
Ventajas del Hidrógeno Verde
Es una fuente de energía renovable y abundante: El hidrógeno es una interesante fuente de energía por muchas razones, siendo la principal su suministro abundante. Si bien puede requerirse mucha inversión para ser aprovechado, ninguna otra fuente de energía es tan infinita como el hidrógeno (Recordemos que es la sustancia más abundante del universo).
Existen numerosas fuentes para producirlo: El hidrógeno se puede producir en el lugar donde se utilizará o de forma centralizada para luego ser distribuida. Si se exploran otros métodos de obtención al hidrógeno verde producido a partir de agua, el gas elemental se puede producirse a partir de metano, gasolina, biomasa o carbón. Los factores como la cantidad de contaminación, los desafíos técnicos y los requisitos de energía varían según las fuentes utilizadas.
Es prácticamente una fuente de energía limpia: Cuando se quema hidrógeno para producir combustible, los subproductos son totalmente seguros, lo que significa que no se conocen efectos secundarios. Las empresas aeronáuticas utilizan el hidrógeno como fuente de agua potable. Una vez que se utiliza el hidrógeno, normalmente se convierte en agua potable para los astronautas en barcos o estaciones espaciales.
La energía del hidrógeno no es tóxica: Es una sustancia amigable con el medio ambiente y no causa ningún daño o destrucción a la salud humana. Este aspecto lo hace preferido en comparación con otras fuentes de combustible como la energía nuclear, el gas natural, que son extremadamente peligrosos o desalentadores de aprovechar de manera segura.
Usar hidrógeno reduce la contaminación: Cuando el hidrógeno se combina con el oxígeno, los únicos subproductos son el agua y el calor, esta es la principal ventaja de utilizar hidrógeno como portador de energía. El uso de pilas de combustible de hidrógeno no libera dióxido de carbono y otros gases de efecto invernadero u otras partículas cuando se utilizan fuentes renovables como agua o energía solar en el proceso de producción.
Es mucho más eficiente que otras fuentes de energía: El hidrógeno es un tipo de energía eficiente, ya que tiene la capacidad de transportar mucha energía por cada gramo de combustible en comparación con el diésel o el gas natural. Esto significa categóricamente que un automóvil que utiliza energía de hidrógeno recorrerá más kilómetros que uno que utiliza gasolina tradicional.
Es sostenible: Si el método de obtención de hidrógeno se realiza por medio de la electrólisis y la electricidad utilizada para alimentar a los electrizadores proviene de fuentes renovables, entonces se puede decir que la producción de hidrógeno es sostenible porque no se generan emisiones de dióxido de carbono en el proceso. Algunas de las fuentes renovables que se utilizan para alimentar los electrolizadores son la energía eólica, hidráulica, solar y mareomotriz.
Desventajas del Hidrógeno Verde
La energía del hidrógeno es costosa: La electrólisis y el reformado con vapor, los dos procesos principales de extracción de hidrógeno, son extremadamente costosos. Esta es la verdadera razón por la que no se usa mucho en todo el mundo. Se requiere mucha investigación e innovación para descubrir formas económicas y sostenibles de aprovechar esta forma de energía. Hasta entonces, la energía del hidrógeno quedaría exclusivamente para los ricos.
Tiene dificultades para almacenarse: Una de las propiedades del hidrógeno es que tiene una densidad muy baja. De hecho, es mucho menos denso que el gas natural. Esto significa que debe comprimirse a estado líquido y almacenarse de la misma manera a temperaturas más bajas para garantizar su efectividad y eficiencia como fuente de energía. Esta razón explica por qué el transporte y el uso común del hidrógeno comprimido están lejos de ser factibles.
No es la fuente de energía más segura: El poder del hidrógeno no debe subestimarse en absoluto. Aunque la gasolina es un poco más peligrosa que el hidrógeno, el hidrógeno sigue siendo una sustancia extremadamente inflamable y volátil que con frecuencia aparece en las noticias por sus peligros potenciales. En comparación con el gas natural, el hidrógeno carece de olor, lo que hace que la detección de fugas sea casi imposible. Para detectar fugas, se deben instalar sensores.
Difícil de transportarse: Es una tarea desalentadora transportar hidrógeno de manera sencilla debido a su ligereza y facilidad de fuga. El petróleo se puede transportar de forma segura porque la mayoría de las veces se traslada a través de tuberías y el carbón se puede transportar cómodamente por medio de camiones. El hidrógeno, en cambio, no puede transportarse de estas maneras sin extremar precauciones. Representa un gran desafío actualmente considerar moverlo en grandes cantidades, por lo que en su mayoría se transporta solo en lotes pequeños.
Depende de los combustibles fósiles: El hidrógeno verde es actualmente minoría por lo que la producción de este elemento aislado depende de los combustibles fósiles. La energía del hidrógeno es renovable y tiene un impacto ambiental mínimo, pero su separación del oxígeno requiere otras fuentes no renovables como el carbón, el petróleo y el gas natural.
Su suministro no puede sostener a la población: A pesar de que el suministro de hidrógeno es abundante, el costo de aprovecharlo limita su uso extensivo. Y es bastante difícil romper el status quo. La energía de los combustibles fósiles todavía gobierna el mundo. Tampoco existe un marco establecido para garantizar energía de hidrógeno barata y sostenible para el propietario normal de un automóvil en el futuro.
Incluso si el hidrógeno se volviera barato en este momento, tomaría años convertirse en la fuente de energía más utilizada, ya que los vehículos y las estaciones de servicio tendrían que personalizarse para cumplir con los requisitos de hidrógeno. Esto requeriría un desembolso de capital masivo.
¿Cómo almacenar Hidrogeno Verde?
El almacenamiento del hidrógeno verde posee dos ventajas importantes que contribuyen de manera significativa al objetivo de alcanzar un mundo que funcione con energías puramente renovables.
En primer lugar, el hidrógeno verde puede ayudar a resolver problemas de intermitencia de disponibilidad de otras fuentes de energía limpia. Las energías renovables no pueden proporcionar un suministro de energía constante porque, por ejemplo, el viento no siempre sopla y el sol no siempre brilla. Al convertir el exceso de energía generada en días soleados o ventosos en hidrógeno, el gas actúa como un medio para el almacenamiento temporal de energía al que podemos recurrir cuando el suministro de energía de otras energías renovables es bajo o la demanda es mayor de lo habitual.
En segundo lugar, el hidrógeno puede ayudar a descarbonizar áreas donde la electrificación de una economía por sí sola no es suficiente. Algunos ejemplos de esto son la calefacción doméstica y los procesos industriales pesados como la fabricación del acero y del cemento, que consumen mucha energía y, por tanto, emiten grandes cantidades de emisiones.
Sin embargo, el desafío más importante que aguarda el aprovechamiento del hidrógeno verde para combatir el cambio climático es encontrar el mejor medio de almacenamiento para utilizarse sin restricciones.
Por fortuna, existen 4 propuestas de almacenamiento de hidrógeno que podrían cambiar las cosas si se profundiza su tecnología más a fondo en el futuro. Las detallaremos a continuación:
Almacenamiento geológico
Con este método, el hidrógeno producido a partir del exceso de energía renovable se almacena en una serie de cavernas de sal subterráneas. Una sola caverna tendrá suficiente hidrógeno renovable para proporcionar 150.000 Megawatts por hora de almacenamiento de energía limpia.
El almacenamiento del gas en cavernas de sal es una tecnología establecida que permite una fácil transferencia de conocimientos. Otras opciones para el almacenamiento geológico incluyen acuíferos y campos de petróleo y gas agotados.
Actualmente, el proyecto de almacenamiento de energía renovable más grande del mundo, el llamado Advanced Clean Energy Storage, sigue este principio. Este sistema de almacenamiento avanzado demostrará tecnologías esenciales para una futura red eléctrica descarbonizada.
Hidrógeno comprimido
Como cualquier otro gas, el hidrógeno puede comprimirse y almacenarse en tanques y luego usarse según sea necesario. Sin embargo, el volumen de hidrógeno es mucho mayor que el de otros hidrocarburos, por ejemplo, casi cuatro veces más que el gas natural.
Por lo tanto, el hidrógeno debe comprimirse para fines prácticos de manipulación. Por ejemplo, los automóviles que funcionan con pilas de combustible funcionan con hidrógeno comprimido contenido en grandes contenedores altamente presurizados.
Pero si una aplicación requiere que el volumen de hidrógeno se reduzca más de lo que puede lograr la compresión, entonces este se debe licuar. Las dos técnicas, compresión y licuefacción, también se pueden combinar.
Hidrógeno licuado
La industria espacial ha utilizado hidrógeno licuado para impulsar cohetes durante varias décadas. Sin embargo, el almacenamiento de hidrógeno líquido es técnicamente complejo y, como tal, siempre ha sido muy costoso.
El hidrógeno debe enfriarse a -253°C para licuarse, una temperatura no muy lejana al cero absoluto, y también debe almacenarse en tanques aislados para mantener esta baja temperatura y minimizar la evaporación.
La complejidad y el costo han restringido enormemente el uso de hidrógeno licuado hasta nuestros días. Sin embargo, la proliferación esperada de aplicaciones de hidrógeno renovable puede generar economías de escala para hacer de la licuefacción una opción de almacenamiento más viable.
Almacenamiento basado en materiales
Por último, una alternativa al almacenamiento de hidrógeno comprimido y licuado es el almacenamiento basado en materiales. Esta técnica utiliza materiales, sólidos o líquidos, que pueden absorber o reaccionar con el hidrógeno para unirlo, debido a sus atributos químicos.
Actualmente, se están llevando a cabo investigaciones para crear un adsorbente que permita utilizar un contenedor de presión liviano y económico en automóviles impulsados por hidrógeno, en lugar de los contenedores grandes y pesados que se utilizan actualmente.
El amoníaco es otro material que ofrece un camino para convertir el hidrógeno en un combustible líquido más fácilmente que mediante licuefacción. La densidad de energía del amoníaco en volumen es casi el doble que la del hidrógeno licuado, lo que lo hace mucho más fácil de almacenar y transportar.
¿Qué aplicaciones tiene el hidrógeno verde?
El menor costo de producción del hidrógeno verde utilizando energías renovables y el objetivo conjunto por la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero a escala global, ha dado a esta fuente de hidrógeno un impulso sin precedentes.
Este elemento jugará un papel clave en la descarbonización de varios sectores como la industria, la movilidad, el almacenamiento de energía. A continuación, explicamos algunos de sus beneficios y usos.
Almacenamiento de energías renovables
A falta de poder obligar al sol a brillar en la noche o convocar vientos que impulsen los parques eólicos a voluntad, los esfuerzos deben orientarse entonces a encontrarse una herramienta adecuada que permita almacenar el exceso de energía generada por las buenas condiciones meteorológicas para que se pueda utilizar cuando las condiciones son menos favorables. Y el hidrógeno verde puede ofrecer la solución.
Como ya se explicó, el hidrógeno verde se obtiene a partir de fuentes renovables mediante electrólisis. Si se almacena este hidrógeno limpio comprimido en tanques específicos, luego cuando necesitamos energía, este elemento se canaliza a una pila de combustible, donde se combina el hidrógeno con el oxígeno del aire para producir electricidad y el único subproducto que se produce es el agua.
Hidrógeno verde como combustible
Gracias a tecnologías como la pila de combustible, el hidrógeno verde se está utilizando en el transporte, proporcionando una alternativa de movilidad sostenible. Los autos que funcionan con esta energía limpia tienen un tanque de hidrógeno que se conecta a la pila de combustible, donde se genera la electricidad que alimenta el motor.
Los vehículos eléctricos de celda de combustible suponen una revolución en el sector de la energía y el transporte porque garantizan combustibles libre de emisiones contaminantes. Actualmente, este tipo solo representan el 0,5% de las ventas de vehículos nuevos de bajas emisiones.
Sin embargo, el hidrógeno verde también será clave para los vehículos mineros, trenes, aviones, camiones, autobuses e incluso el transporte marítimo.
Hidrógeno verde en la industria
Además del uso mencionado anteriormente como acumulador de energía, el hidrógeno se utiliza también en otros dos sectores. Un uso es en la industria química para la fabricación de amoníaco y fertilizantes. Mientras que su segundo uso principal es en la industria petroquímica para producir productos petrolíferos como fertilizantes.
Además, se está empezando a utilizar en la industria del acero, un sector que está sometido a una presión considerable por su efecto contaminante. Gracias a este gas, existe la oportunidad de cambiar algunos de los procesos de la industria para hacerlos menos agresivos con el medio ambiente.
Hidrógeno verde en la industria aeroespacial
La eficiencia y la potencia de la energía del hidrógeno la convierten en una fuente de combustible ideal para las naves espaciales. Su poder es tan alto que es capaz de enviar rápidamente naves espaciales a misiones de exploración.
También es la forma de energía más segura para realizar una tarea que consume cantidades inmensas de energía. La energía del hidrógeno es, de hecho, 3 veces más potente que la gasolina y otros combustibles fósiles. Esto significa que se necesita menos hidrógeno para completar una tarea enorme.
También ofrece fuerza motriz para aviones, barcos, automóviles y aplicaciones de celdas de combustible portátiles y estacionarias. La desventaja de usar hidrógeno en automóviles es que es prácticamente difícil de almacenar en tanques criogénicos o de alta presión.
¿El Hidrógeno Verde es Peligroso?
Algunos escépticos señalan algunos problemas de seguridad del hidrógeno como posibles factores decisivos para evitar su uso generalizado. Pero si bien el hidrógeno tiene peligros de seguridad conocidos, como su inflamabilidad o baja densidad, y por tal deben darse prioridad a las medidas de seguridad, también posee propiedades que lo hacen más seguro que los combustibles fósiles convencionales como la gasolina, el diesel y el gas natural cuando se maneja de manera responsable.
Toxicidad
El hidrógeno no es tóxico, a diferencia de los combustibles convencionales. Por otro lado, muchos combustibles fósiles son tóxicos o contienen sustancias tóxicas, incluidos potentes componentes carcinógenos. Además, cuando se trata de vehículos que funcionan con pilas de combustible de hidrógeno, el hidrógeno solo produce agua, mientras que la quema de combustibles fósiles en los vehículos genera una contaminación atmosférica nociva. Una fuga de hidrógeno no contamina el medio ambiente ni pone en peligro la salud de los seres humanos o animales silvestres, pero los combustibles fósiles pueden plantear significativos daños a la salud y al medio ambiente cuando derrame, fugas o combustiones no deseadas.
Densidad
El hidrógeno es 14 veces más ligero que el aire y 57 veces más ligero que el vapor de gasolina. Esto significa que cuando se libera, normalmente se eleva y se dispersa rápidamente, lo que reduce en gran medida el riesgo de ignición a nivel del suelo. Sin embargo, el propano y el vapor de gasolina son más pesados que el aire, por lo que es más probable que permanezcan a nivel del suelo, lo que aumenta el riesgo de que los incendios dañen a las personas y los edificios.
Calor Radiante
El hidrógeno tiene un calor radiante más bajo que la gasolina convencional, lo que significa que el aire alrededor de la llama de hidrógeno no está tan caliente como alrededor de una llama de gasolina. Por lo tanto, el riesgo de incendios secundarios de hidrógeno es menor.
Riesgo de Explosión
El hidrógeno posee un mayor requerimiento de oxígeno para la explosión que los combustibles fósiles. El hidrógeno puede ser explosivo con concentraciones de oxígeno entre el 18 y el 59 por ciento, mientras que la gasolina puede ser explosiva con concentraciones de oxígeno entre el 1 y el 3 por ciento. Esto significa que la gasolina tiene un mayor riesgo de explosión que el hidrógeno para cualquier entorno dado con oxígeno.
Protocolos de Seguridad
Aunque ha habido mucha publicidad en torno al hidrógeno en los últimos tiempos, esta no se trata de una tecnología nueva. La industria ha estado utilizando hidrógeno como combustible para cohetes, en la refinación del petróleo y la producción de fertilizantes durante los últimos 40 años, tiempo más que suficiente para que científicos e ingenieros desarrollen y adopten sólidos protocolos de seguridad. Años de investigación y desarrollo (I + D) y experiencia han hecho posible desarrollar los controles y las directrices de ingeniería adecuados para mitigar los riesgos de la alta inflamabilidad del hidrógeno y la baja energía de ignición.
Por ejemplo, debido a que el hidrógeno es incoloro e inodoro, los sensores son un requisito para las estaciones, equipos e instalaciones de abastecimiento de hidrógeno. La tecnología actual permite la detección remota de hidrógeno para garantizar una detección sólida de cualquier fuga de hidrógeno. Los tanques de almacenamiento de hidrógeno en los automóviles con celdas de combustible también están sujetos a estrictos estándares de prueba, como la exposición a temperaturas y presiones extremas, antes de que se puedan implementar. Estos son solo algunos ejemplos de los estándares y códigos que han respaldado una industria segura del hidrógeno durante las últimas cuatro décadas.
Almacenamiento del Hidrógeno
El almacenamiento del hidrógeno en tanques dentro de camiones de celdas de combustible y en aviones propulsados por hidrógeno, de una manera rentable sin sacrificar la seguridad, representa un desafío de ingeniería. Tanto la industria del transporte por carretera como la de la aviación deberán alcanzar objetivos de seguridad que sean similares o mejores que los de los camiones y aviones que funcionan con combustibles fósiles, dado que la seguridad en el transporte de cualquier tipo es muy importante. Las nuevas estaciones de repostaje de hidrógeno y las tuberías de hidrógeno deben diseñarse de manera que mitiguen cualquier riesgo de fuga y combustión peligrosas. Grupos como el Centro para la seguridad del hidrógeno (CHS), una organización mundial sin fines de lucro dedicada a promover la seguridad del hidrógeno, está abordando estos problemas proporcionando recursos a quienes tienen la tarea de diseñar o usar varios sistemas e instalaciones de hidrógeno, así como capacitación para la respuesta a incidentes.
En definitiva, cuando se maneja de manera responsable, el hidrógeno verde es menos peligroso que otros combustibles inflamables de los que dependemos hoy. En el futuro, la industria y las instituciones gubernamentales deben basarse en los sólidos protocolos de seguridad existentes y seguir haciendo de la seguridad una prioridad clave para la inversión y el refinamiento para garantizar que el hidrógeno se convierta en parte de una economía limpia y próspera.
¿Cómo transportar Hidrógeno Verde?
Una economía viable en base al hidrógeno requiere que dicho elemento pueda entregarse desde el lugar donde se produce hasta el punto de uso final, como una instalación industrial, una central de generador de energía o una estación de servicio. Esta infraestructura debe incluir tuberías, plantas de licuefacción, camiones, instalaciones de almacenamiento, compresores y dispensadores necesarios durante en el proceso de entrega del combustible.
Actualmente, la tecnología de suministro para la infraestructura de hidrógeno está disponible comercialmente, y varias empresas entregan hidrógeno a granel en la actualidad. El crecimiento de la demanda de hidrógeno requerirá la expansión regional de esta infraestructura y el desarrollo de nuevas tecnologías, como transportadores químicos para transportar hidrógeno a alta densidad y tecnologías de combustible de alto rendimiento para el transporte de celdas de combustible de servicio pesado.
Hoy en día, el hidrógeno se transporta desde los puntos de producción hasta los puntos de uso a través de tuberías o por carretera en camiones cisterna de líquidos criogénicos o remolques de tubos gaseosos. Los gasoductos se utilizan sobre todo en regiones con una gran demanda (cientos de toneladas al día) que se espera que permanezca estable durante décadas. Las plantas de licuefacción, los camiones cisterna para líquidos y los remolques tubulares se despliegan en regiones donde la demanda es menor o emergente. También se están realizando experimentos de suministro de hidrógeno a través de transportadores químicos (por ejemplo, en barcazas) en aplicaciones a gran escala, como los mercados de exportación.
En los puntos donde se utiliza el hidrógeno, los componentes de infraestructura adicionales que se implementan comúnmente incluyen compresión, almacenamiento, dispensadores, medidores y tecnologías de detección y purificación de contaminantes. Por ejemplo, se espera que las estaciones que se están desplegando para dispensar hidrógeno en vehículos de pila de combustible de servicio mediano y pesado compriman el hidrógeno a una presión de 350 a 700 bares y dispensen hasta 10 kg / min. Actualmente se están desarrollando tecnologías de alto rendimiento para cumplir con estos requisitos de rendimiento.
Los desafíos clave para la entrega de hidrógeno incluyen la reducción de costos, el aumento de la eficiencia energética, el mantenimiento de la pureza del hidrógeno y la minimización de las fugas de hidrógeno. Se necesita más investigación para analizar las compensaciones entre las opciones de producción de hidrógeno y las opciones de suministro de hidrógeno cuando se consideran juntas como un sistema.
¿Cuánto cuesta el Hidrógeno Verde?
Según algunos expertos, los diversos obstáculos que enfrenta el hidrógeno verde para que pueda ser utilizado como una fuente de energía principal, en realidad se pueden reducir a uno solo: su costo. Uno de ellos, Julio Friedmann, investigador principal del Centro de Política Energética Global de la Universidad de Columbia, cree que el único desafío real del hidrógeno verde es su precio.
El problema es que el hidrógeno verde cuesta actualmente tres veces más que el gas natural en los Estados Unidos. Y producir hidrógeno verde es mucho más caro que producir hidrógeno gris o azul porque la electrólisis es cara, aunque los precios de los electrolizadores están bajando a medida que aumenta su fabricación. Actualmente, el hidrógeno gris cuesta alrededor de € 1,50 euros ($ 1,84 USD) por kilogramo, el azul cuesta entre € 2 y € 3 por kilogramo y el verde cuesta € 3,50 a € 6 por kilogramo, según un estudio reciente.
El investigador Friedmann, ante tal hecho, ha propuesto tres estrategias que serán claves para bajar el precio del hidrógeno verde en las próximas décadas:
- Apoyo a la innovación en la producción y el uso de hidrógeno novedoso.
- Soportes de precios para el hidrógeno mediante un crédito fiscal a la inversión o un crédito fiscal a la producción similares a los establecidos para la energía eólica y solar.
- Un estándar regulatorio para limitar las emisiones