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El sorprendente mundo del hidrógeno verde

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Desde hace más de 100 años, el hidrógeno se considera una fuente potencial de energía limpia y, como se presentó en un artículo anterior titulado "European Green Deal: Green Hydrogen Becomes a Reality" (El hidrógeno verde se convierte en una realidad), publicado en la edición de julio del eBook, está recibiendo un gran impulso gracias a las iniciativas internacionales para reducir las emisiones de carbono y al objetivo de la Unión Europea de producir energía 100% libre de carbono para el año 2050.

Hay que tener en cuenta que, a día de hoy, menos del 2% de la producción mundial procede de electrolizadores, y una pequeña parte del reciclaje de energía. En un momento en el que se espera que una serie de nuevas aplicaciones -aparte de la industria y la química- utilicen el hidrógeno como propulsor o solución alternativa de almacenamiento de energía, quizá sea pertinente hacer un repaso de la situación, y de lo que cabe esperar en los próximos años.
¿Podemos llegar al 100% de hidrógeno verde hoy en día?
Se calcula que la producción mundial de hidrógeno es de unos 70 millones de toneladas (Mt) y se produce principalmente a partir de gas natural (75%) y carbón (23%). Para producir esa cantidad de hidrógeno, se necesitan niveles de consumo de 205.000 millones de metros cúbicos de gas natural (6% del uso mundial) y 107 Mt de carbón (2% del uso mundial). Según los métodos de producción existentes, la producción mundial de hidrógeno es responsable de 830 Mt de CO2 al año. Producir hidrógeno a partir de energía fósil sin capturar el CO2 emitido durante la producción es el método más barato (1$/kgH2).
Así, a la luz del último informe del Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático (IPCC), que muestra que la emisión de gases de efecto invernadero procedentes de las actividades humanas es responsable de aproximadamente 1,1°C de calentamiento desde 1850-1900, y utilizando estimaciones promediadas para los próximos 20 años, se espera que la temperatura global alcance o supere los 1,5°C de calentamiento, con un impacto dramático en el clima y la sociedad. Está claro que es importante acelerar la transición hacia el "hidrógeno limpio".

Si toda la producción actual de hidrógeno (70 millones de toneladas) procediera de la electrólisis del agua (que utiliza agua y electricidad para crear hidrógeno), se produciría una demanda anual de electricidad de 3.600 teravatios por hora (TWh), que es más que la electricidad producida por la Unión Europea al año. La cantidad de agua necesaria para producir H2 a partir de la electrólisis equivaldría a 617 millones de metros cúbicos, lo que supone aproximadamente el doble del consumo actual de agua para el hidrógeno producido a partir del gas natural. Además, la cantidad de energía renovable disponible para producir hidrógeno sigue siendo marginal y se limita a aplicaciones a pequeña escala. El reto es enorme y eso es lo que les gusta a los ingenieros.
¿Cómo obtener hidrógeno limpio en volumen?
Con la implantación del hidrógeno como fuente de energía alternativa, y la fuerte demanda de reducir la huella de carbono global durante el proceso de transformación, la producción de hidrógeno debe localizarse, almacenarse y distribuirse de forma más eficiente.
En un informe de septiembre de 2020 de Goldman Sachs sobre el hidrógeno verde, se estimó que para 2050 Europa deberá multiplicar por 8.000 el volumen de electrolizadores en comparación con la actualidad. Al mismo tiempo, los ingenieros tendrán que intensificar la investigación para que los electrolizadores sean altamente eficientes, con tecnologías como los electrolizadores de óxido sólido (SOE) de alta temperatura que parecen muy prometedoras.
Figura 01: Mapa mundial de los valles del hidrógeno a partir de mayo de 2021 - Fuente PRBX/FCH

Para cumplir el objetivo de 2050 y el volumen de hidrógeno verde necesario, se han llevado a cabo varias iniciativas regionales en todo el mundo. Iniciada hace más de 10 años, Europa va muy por delante y en enero de 2021 se puso en marcha la "Plataforma del Valle del Hidrógeno", cuyo objetivo es interconectar los proyectos regionales y compartir las mejores prácticas. Encargada originalmente por la Unión Europea y desarrollada por la Fuel Cells and Hydrogen Joint Undertaking, la plataforma “‘Mission Innovation Hydrogen Valley " recibió un gran interés de toda la comunidad mundial y ahora abarca proyectos en todo el mundo (Figura 01).


Cuando el Valle del Hidrógeno se hace realidad
En Europa, el norte de los Países Bajos se ha convertido en la primera región en recibir una subvención para su Valle del Hidrógeno. La solicitud de subvención del norte de los Países Bajos ha sido aprobada por la Fuel Cells and Hydrogen Joint Undertaking (FCH JU) de la Comisión Europea, y en enero de 2020 se inició el proyecto de seis años "Aplicaciones de la energía H2 (en) entornos de valle (para) el norte de los Países Bajos", conocido como HEAVENN.
Figura 02: Proyecto NortH2 e hitos hacia 2050 - Fuente: PRBX/GASUNIE

El proyecto HEAVENN es único porque abarca y conecta toda la cadena del hidrógeno dentro de una región geográfica. Está formado por 31 partes públicas y privadas de seis países europeos. Los proyectos incluyen la producción a gran escala de hidrógeno verde como materia prima para la industria, el almacenamiento, el transporte y la distribución de hidrógeno, y su aplicación para el suministro de energía tanto en la industria como en el entorno construido y en la movilidad.

Teniendo en cuenta el número de proyectos para desarrollar el Valle del Hidrógeno en todo el mundo, no cabe duda de que el volumen de hidrógeno verde aumentará rápidamente, pero también su precio disminuirá hasta situarse por debajo de 1,5 UE/kg.
El proyecto NortH2 es un buen ejemplo de lo que es un Valle del Hidrógeno y su ecosistema. Situado en Eemshaven, al norte de los Países Bajos, a partir de un parque eólico marino el proyecto pretende producir un millón de toneladas de hidrógeno al año. Como se muestra en la figura 02, NortH2 incluye la producción de hidrógeno, el almacenamiento, el transporte por tuberías y la distribución.

Figura 03: Panorama simplificado del almacenamiento de energía - Fuente PRBX/IEA

El hidrógeno podría aportar soluciones al almacenamiento de energía a largo plazo
El experimento NortH2 es también un muy buen caso de negocio para evaluar el potencial del uso del hidrógeno como almacenamiento de energía, solucionando un problema al que se enfrentan muchas explotaciones de energías renovables cuando tienen un exceso de electricidad que no pueden suministrar a la red, como ha ocurrido en Australia y en los mega parques eólicos.
Aunque hoy en día las conversiones de energía renovable a hidrógeno mediante electrolizadores, y de hidrógeno a electricidad mediante pilas de combustible no son muy eficientes, se han hecho progresos y la investigación avanza a buen ritmo. Como se muestra en la figura 03, cuando se almacena, el hidrógeno permanece disponible durante un periodo muy largo en comparación con otros métodos, y en volúmenes muy elevados. Las pilas de combustible pueden encenderse bajo demanda para abastecer la red cuando se produzcan picos de consumo.
El experimento NortH2 es sólo un ejemplo de los muchos que demuestran cómo el hidrógeno contribuirá a producir energía libre de carbono y a proporcionar un almacenamiento de energía de alta capacidad.


Referencias:
Powerbox (PRBX)

Fuel Cells and Hydrogen Joint Undertaking

Aplicaciones de la energía del hidrógeno en los entornos de los valles del norte de los Países Bajos

NortH2

Acerca de Powerbox

Fundada en 1974, con sede en Suecia y operaciones en 15 países de cuatro continentes, Powerbox sirve a clientes de todo el mundo. La empresa se centra en cuatro grandes mercados -industrial, médico, transporte/ferrocarril y defensa- para los que diseña y comercializa sistemas de conversión de energía de primera calidad para aplicaciones exigentes. La misión de Powerbox es utilizar su experiencia para aumentar la competitividad de los clientes satisfaciendo todas sus necesidades de potencia. Todos los aspectos de la actividad de la empresa se centran en ese objetivo, desde el diseño de los componentes avanzados que forman parte de los productos hasta los altos niveles de servicio al cliente. Powerbox es reconocida por sus innovaciones técnicas que reducen el consumo de energía y por su capacidad para gestionar el ciclo de vida completo de los productos minimizando el impacto medioambiental. Powerbox es una empresa del Grupo Cosel.

 


Sobre el autor:
Patrick Le Fèvre, Director de Marketing y Comunicación de Powerbox, es un experimentado comercializador de alto nivel e ingeniero diplomado con una trayectoria de 35 años de éxito en la electrónica de potencia. Ha sido pionero en la comercialización de nuevas tecnologías, como la energía digital, y en iniciativas técnicas para reducir el consumo de energía. Le Fèvre ha escrito y presentado numerosos libros blancos y artículos en las principales conferencias internacionales de electrónica de potencia. Estos han sido publicados más de 350 veces en medios de comunicación de todo el mundo. También participa en varios foros medioambientales, compartiendo su experiencia y conocimientos sobre energías limpias.

Patrick Le Fèvre
Director de Marketing y Comunicación de Powerbox

 

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