La economía verde del hidrógeno del futuro
Un tema de futuro es la generación de energía con hidrógeno. En particular, el hidrógeno verde, que se produce utilizando energía procedente de fuentes renovables, tiene un gran potencial. Actualmente existen muchas tecnologías nuevas para producir, transportar y utilizar este vector energético.
El hidrógeno verde es muy importante para alcanzar los objetivos de protección del clima de París. Se produce utilizando la tecnología "power-to-gas". En este proceso, el hidrógeno verde se produce por electrólisis utilizando electricidad procedente de fuentes de energía renovables, como el viento o el sol. Esto significa que el hidrógeno verde no contiene CO².
Las tecnologías del hidrógeno incluyen diversas aplicaciones mecánicas o químicas para la utilización del hidrógeno. Su objetivo es contribuir a reducir los gases nocivos para el clima, como el dióxido de carbono o el metano. Los ámbitos de aplicación van desde la producción industrial y el uso en el transporte de mercancías y el tráfico hasta la generación de electricidad y calor. Además, las energías renovables pueden almacenarse de forma flexible con ayuda de las tecnologías del hidrógeno.
Tecnologías para la producción de hidrógeno
El hidrógeno ecológico debe producirse mediante electrólisis. Existen diferentes tipos de electrólisis, pero un electrolizador siempre consta de varias celdas de electrólisis dispuestas en fila. La energía eléctrica procedente de fuentes renovables se utiliza para forzar una reacción redox y dividir el agua en sus componentes individuales, oxígeno e hidrógeno. A continuación, el hidrógeno puede almacenarse en diversas formas.
Según el folleto Tecnologías del hidrógeno del Instituto Fraunhofer de Tecnologías y Sistemas Cerámicos IKTS, la electrólisis de alta temperatura es una "tecnología clave para la producción eficiente de hidrógeno y gas de síntesis". Ofrece varias ventajas sobre los electrolizadores alcalinos y PEM. Por ejemplo, el proceso no requiere ningún componente de acero inoxidable y permite la producción directa de gas de síntesis. En la electrólisis de alta temperatura con electrólisis de óxido sólido (SOE) se alcanzan temperaturas de más de 750 grados Celsius durante los procesos de conversión. El electrolito se utiliza como material cerámico sólido que separa las dos semiceldas. A continuación, el agua entra en las cámaras de reacción en forma de vapor.
Además de la electrólisis de alta temperatura, también existen la electrólisis alcalina y la electrólisis de membrana de intercambio protónico. La electrólisis alcalina (AEL) es actualmente el proceso de electrólisis más utilizado, ya que los costes de inversión son bajos y la tecnología es estable a largo plazo. La AEL utiliza un electrolito líquido conductor de OH.
La electrólisis de membrana de intercambio de protones (PEM) funciona a bajas temperaturas y es una tecnología relativamente nueva. El hidrógeno puede extraerse de las aguas industriales y mineras. El proceso Rodosan se desarrolló en Fraunhofer IKTS con este fin. La ventaja de la PEM es que puede reaccionar rápidamente a las fluctuaciones de la energía añadida y tiene un buen comportamiento de cambio de carga. El hidrógeno se separa como producto de reacción utilizable durante el tratamiento electroquímico del ácido sulfúrico y del agua libre de sulfatos en las células de electrólisis de membrana.
Tecnologías de baja emisión de CO2 para el aprovechamiento del hidrógeno
Como gas de proceso para la producción de productos básicos y valiosos, el hidrógeno verde puede garantizar que no se emita más CO². Esto se debe a que el mineral de hierro debe convertirse en arrabio para producir acero. Para ello se utiliza coque en el proceso de alto horno. Para que este proceso sea prácticamente neutro desde el punto de vista climático (reducción de CO² superior al 95%), puede utilizarse hidrógeno en lugar de gas natural en los procesos de reducción directa. Según Fraunhofer IKTS, la electrólisis a alta temperatura es el método más adecuado. Se puede utilizar eficazmente el calor residual existente y producir el gas de síntesis.
La electrólisis a alta temperatura también es adecuada para la síntesis de amoníaco. Actualmente se utiliza gas natural para este proceso, que produce grandes cantidades de CO². Si las emisiones de CO² son inevitables, es posible utilizarlas como fuente de carbono. Por ejemplo, se pueden obtener ceras para la industria cosmética o combustibles para la aviación. La síntesis de Fischer-Tropsch es adecuada para producir productos que contienen carbono a partir de CO² e hidrógeno. Sin embargo, para que esta tecnología sea especialmente eficaz y eficiente, debe acoplarse al proceso de (co)electrólisis. El proceso de coelectrolisis produce gas de síntesis, lo que hace que la producción de productos químicos sea especialmente eficiente.
El hidrógeno verde también sirve como fuente de energía en los ámbitos de la electricidad, el calor y la movilidad. En teoría, las calderas de gas natural de los edificios pueden alimentarse con hidrógeno. En la generación de electricidad, el hidrógeno puede convertirse en electricidad mediante pilas de combustible por reconversión. Esto se hace con combustión fría, en la que se provoca una reacción entre el oxígeno y el hidrógeno dentro de la pila de combustible. El producto residual de la tensión eléctrica resultante es agua, por lo que no se producen emisiones. En el sector del transporte, los vehículos, barcos y trenes impulsados por hidrógeno son un buen complemento de los vehículos eléctricos. También pueden utilizarse combustibles sintéticos basados en el hidrógeno, sobre todo en la aviación y el transporte pesado de mercancías.
En el marco del proyecto carintio "H2 Carinthia", el hidrógeno verde se utilizará incluso dos veces: en la producción industrial de microchips en Infineon y después para repostar medios de transporte. El hidrógeno verde se desacopla tras su producción y se conduce a una planta PSA (absorción por oscilación de presión) en la estación de repostaje de agua, donde se purifica para su uso en el transporte. En diciembre de 2022, los primeros cinco autobuses que funcionaban con hidrógeno verde reciclado ya se pusieron en marcha en la red de transporte público de Carintia.
Tecnologías de almacenamiento y transporte del hidrógeno verde
Para que el hidrógeno pueda transportarse y utilizarse en otros lugares, es necesario almacenarlo. Se trata de un reto importante, ya que es una sustancia química ligera y bastante volátil. El hidrógeno puede almacenarse en varios estados de agregación sobre la superficie en tanques o bajo tierra. En estado líquido, el hidrógeno se almacena a temperaturas extremadamente bajas (menos 553 grados Celsius) en tanques criogénicos aislados, lo que significa que se pierde mucha energía. Los tanques criogénicos deben estar muy bien aislados para que el hidrógeno no se vaporice.
El hidrógeno se almacena en estado gaseoso en depósitos presurizados o en cavernas subterráneas. Este tipo de almacenamiento es el más utilizado, ya que garantiza una buena movilidad. Las instalaciones de almacenamiento en cavernas, en particular, tienen un gran volumen de almacenamiento. Además, no es necesario sellar nuevas zonas. También existen instalaciones de almacenamiento de hidruros metálicos, en las que se almacena una gran cantidad de hidrógeno en estructuras reticulares de metal sólido (por ejemplo, metales o carbono) y puede liberarse de nuevo mediante calentamiento. Sin embargo, en este caso el transporte resulta más difícil debido al elevado peso propio. El hidrógeno también puede absorberse en medios portadores líquidos como el aceite (portador de hidrógeno orgánico líquido). Sin embargo, se pierde mucha energía debido a los catalizadores.
A continuación, el hidrógeno almacenado se transporta en camión, barco o tren, por ejemplo. Sin embargo, para que esto sea respetuoso con el clima, el medio de transporte debe ser eléctrico o funcionar con hidrógeno verde. El hidrógeno también puede transportarse en gasoductos existentes o nuevos. La infraestructura de gas natural es de especial interés en este caso. El hidrógeno puede añadirse al gas natural en determinadas proporciones. En el Parque Químico de Bitterfeld-Wolfen también se están probando tuberías de polietileno y tuberías compuestas de metal y plástico para el transporte de hidrógeno.
Fuente: www.ntv.de
