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Hidrógeno verde

El hidrógeno verde es el elemento más abundante en el universo y en nuestro planeta está entre los 10 primeros.

Hidrógeno verde – ¿Qué es? fabricación, almacenamiento y usos

¿Qué es el hidrógeno como fuente de energía renovable?

El hidrógeno está unido molecularmente a otras sustancias que lo hacen difícil de aislar, una manera sostenible de aislarlo es mediante la electrólisis del agua.

Como el combustible es agua para su creación no sería un limitante para la mayoría de los países (3/4 partes del planeta es agua en su superficie), con lo que la disponibilidad queda asegurada.

Es una gran apuesta por parte de las tecnologías renovables ya que ofrece gran versatilidad, una contaminación inexistente y gran renovabilidad. De hecho, para conseguir los requisitos de una descarbonización de la sociedad se necesita el hidrógeno para llegar a los objetivos propuesto en 2050.

Es un gas a temperatura de 25ªC y presión de 1 atmósfera incoloro e inoloro, pero inflamable. Para generar energía es necesaria su combustión, donde reacciona con el oxígeno desprendiendo energía y generando agua como producto de desecho.

Es un combustible con una alta densidad energética por unidad de masa (120 veces más que las baterías de litio) y simple en la generación de energía al producir una combustión al igual que los combustibles fósiles: 1 kg de hidrógeno quemado genera la misma capacidad calórica que 2.78 kg de gasolina, 2.80kg de diésel o 3 kg de gas natural. Por lo que usado como combustible en transporte es el más eficiente.

La gran barrera que se encuentra en su desarrollo a gran escala es la falta de energía en los procesos, dada su alta demanda energética en su generación. Conforme se fomente y aumente las infraestructuras energéticas renovables irá aumentando con ella la fabricación de hidrógeno verde al disponer de más energía “sobrante” en horas de menos demanda.

La manera más generalizada de emplearlo es como combustibles para vehículos, usándolo como pilas de hidrógeno como una batería y como combustible en una central energética.

Diferentes usos energías renovables

Los tipos de hidrógeno más comunes

 En este apartado explicamos todo lo relacionado con el hidrógeno verde, puesto que es otro tipo de energía renovable. No obstante, existen varias denominaciones del hidrógeno usado como fuente de energía en función de cuál sea su origen, cómo se procesan, (los colores van en función de su grado de contaminación).

Hidrógeno verde

Es el que se genera en un proceso de electrólisis del agua donde se necesita energía que procede del excedente de energías renovables, es un combustible limpio, renovable y de 0 emisiones.

Hidrógeno gris

Es aquel que se procesa a partir de petróleo y gas natural, es contaminante ya que emite CO2 a la atmósfera, se origina por la técnica por reformado al vapor.

Es más barato y cubre el 70% de la cantidad ofertada.

Hidrógeno azul

Se origina tras el desdoblamiento de cadenas de 3 hidrocarburos en el proceso del cracking, en la reacción química libera CO2, pero se atrapa (mediante el proceso CCUS uso y almacenamiento de captura de CO2, que se emplea en otras reacciones.) por lo que resulta este gas más caro, pero menos contaminante.

Los tipos de hidrógeno menos utilizados

Hidrógeno marrón

Se produce a partir de la gasificación del carbón. Es lo que antiguamente se denominaba gas ciudad, es un gas de síntesis que libera CO2 en su generación.

Hidrógeno blanco

Es el que está almacenado en rocas y se extrae mediante el “fracking”, pero aún no es viable su explotación.

Hidrógeno amarillo

Es una variante de energía renovable, es el obtenido mediante electrólisis producida por energía solar.

Hidrógeno rosa

Es producida por la electrólisis producida por la electricidad de energía nuclear.

Hidrógeno turquesa

Es el originado por pirólisis del gas natural en ausencia de oxígeno, no libera CO2 en su formación.

Como se produce le hidrógeno verde

¿Cómo se produce el hidrógeno verde?

Empresas hidrógeno verde

Diferentes usos del hidrógeno verde (Una energía limpia y renovable)

Movilidad por hidrogeno verde

Movilidad por hidrógeno verde

Movilidad. Este campo es uno de los más prometedores, porque, si puede ser una alternativa viable a los combustibles fósiles. Hasta ahora todas las tecnologías renovables tenían cierta desventaja en su desarrollo en vehículos de cualquier índole. Sólo la batería en coches eléctricos eran las más viables, pero tenían limitaciones como su coste y dependencia a ciertos componentes.

 El hidrógeno se convierte en energía mediante la combustión de hidrógeno o como pila de hidrógeno. Su proceso es sencillo, no emite ningún gas contaminante ni residuo, es fácil de almacenar en depósitos o tanques dentro del vehículo y se puede recargar fácilmente al igual que los combustibles convencionales en hidrogeneras.

 

Desarrollo de motores en vehículos terrestres, barcos y aviones

 

En el caso de coches y camiones, Europa dispone de una red de hidrogeneras en áreas de repostaje. Los vehículos con la tecnología basada en el hidrógeno tienen una autonomía de hasta 600Km, y su recarga es igual de simple que el diésel o gasolina, en unos 5 minutos se recarga. Además, tiene la ventaja de reducir a 0 las emisiones de gases de efecto invernadero y de otros gases tóxicos como los óxidos de nitrógeno y azufre, o el plomo.

En barcos se puede desarrollar bien como combustibles o como pila de combustible, incluso ambas en el que se retroalimentan, puesto que deberán de modificarse los diseños en su arquitectura.  Al igual de disponer grandes depósitos en los puertos para su recarga. Con esta tecnología, no solo se eliminan emisiones a la atmósfera, sino que todas las pérdidas líquidas que conllevaba los buques de combustibles también con lo que se elimina una parte de polución marítima (1L de aceite contamina 1000L de agua).

En cuanto a los aviones, se evitaría unas problemáticas con los aviones de reacción que contaminan tanto a nivel troposférico como a nivel estratosférico (responsables del 13.4% del total de emisiones contaminantes).

Este combustible es 3 veces más energético que el combustible actual por lo que el depósito recorrerá más kilómetros. Se deben de adecuar tanto los diseños en los reactores y aeronaves al igual que adaptar aeropuertos para tener disponible este combustible.

El hidrógeno en la industria

En este campo se trata de sustituirlo por el hidrógeno verde, puesto que casi todo el que se emplea actualmente es de origen fósil (96% de los cuales 49% es de gas natural, 18% del carbón y el resto de los derivados petrolíferos líquidos).

 El hidrógeno se emplea en multitud de procesos físicos y químicos dentro de la industria, por lo que su introducción evitaría de manera indirecta el empleo de combustibles fósiles en la fabricación de compuestos reduciendo las emisiones tanto en la demanda de energía de estos como su composición.

 Las principales industrias donde el hidrógeno forma parte son:

 -Industria petroquímica: en formación de combustibles como la gasolina, recuperación de gases durante la síntesis, y desaromatización de compuestos en alcanos y parafinas.

 -Industria alimenticia: hidrogenación de ácidos grasos que se emplean para convertir grasas líquidas en sólidas.

 -Industria de plásticos y envasado: fabricación de plásticos, polyester o nylon.

 -Industria de nuevas tecnologías: como la fabricación de fibra óptica mediante un tratamiento térmico en el vidrio hueco.

 -Industria electrónica y aeroespacial: usado en propulsión de cohetes.

 -Siderometalurgia: se emplea como reductor en atmósferas para producir metales no férricos.

 -Industria en fertilizantes: Para la fabricación de amoniaco, uno de los sustratos principales de fertilizantes nitrogenados.

 – Farmacología, para medicamento y peróxido de hidrógeno (agua oxigenada).

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Hidrogeno para la industria
Pila de combustible

Pilas combustible de hidrógeno

La pila de hidrógeno o de combustible, se trata de un ingenio electroquímico donde a partir del hidrógeno como combustibles en reacción con el oxígeno se genera electricidad y calor. Básicamente el proceso de electrolisis del agua al revés.

 El hidrógeno entra por el ánodo en una solución electrolítica y por el cátodo entra el aire con oxígeno ocurre una reacción redox donde se genera electricidad y calor debido a la reacción exotérmica y sale por el cátodo vapor de agua. En este proceso se puede recargar el hidrógeno mediante un depósito externo, como si fuera un combustible convencional en un generador de corriente.

 Las pilas de combustibles cumplen una función similar a las baterías eléctricas, salvo que en este caso en vez de recargarlas con electricidad se usa un combustible, el hidrógeno.

 Las pilas de hidrógeno se emplean de varias formas:

– Vehículos. Si antes habíamos hablado de los motores de combustión en el transporte, las pilas de hidrógeno también suelen emplearse como unidad generadora de energía y se están fabricando prototipos en los diferentes vehículos ya sea por tierra mar o aire.

Actualmente la mayoría de los vehículos en el mercado basado en el hidrógeno tienen esta tecnología. Los modelos basados en la combustión de hidrógeno tienen menores rendimientos que la pila y apenas existen diseños patentados para su comercialización.

-Baterías estacionarias. Son las pilas que se emplazan en diferentes lugares para abastecer de electricidad y calor como en hospitales, hoteles y áreas residenciales o empresas. Aquellas que tiene dificultades de provisionamiento, las emplean con generador de emergencia en caso de escasez de energía.

-Sistemas portátiles empleados en electrodomésticos en viviendas aisladas, son otra de sus aplicaciones.

Almacenamiento de hidrógeno.

 El hidrógeno verde es un combustible renovable, puesto que para generarlos necesitamos excedente de otras fuentes de energías renovables. Ese hidrógeno que se genera se almacena para futuros usos, puesto que se crea cuando la oferta energética es superior a la demanda.

 Este hidrógeno se puede almacenar de distintas formas:

 -Como gas a presión: es la forma más empleada dependiendo del formato de tanque que precise, ya sea para un vehículo o para abastecer a una pila de hidrógeno de un hospital, etc.

Su uso es similar a la distribución de combustibles de forma gaseosa (gas natural, biogás, propano, butano, etc.)

 -En forma líquida: Se requiere de mucha energía para poder transformarlo en forma líquida, ya que para obtenerlo en forma líquida hay que bajar a temperaturas cercanas al cero absoluto.

 -En hidruros metálicos: el hidrógeno a presiones bajas puede quedar absorbido en hidruros metálicos de forma sólida.

 De otras formas más minoritarias para almacenamiento tenemos: la absorción en carbón o en zeolitas, ya que un silicato que puede absorber elementos de forma reversible.

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Almacenamiento de hidrógeno
Futuro del hidrógeno verde

Futuro del hidrógeno verde

En la actualidad la tendencia a la generación y desarrollo de tecnología del hidrógeno verde es de un aumento exponencial.

Actualmente están en construcción en nuestro país varios electrolizadores acoplados a parques eólicos y solares que generarán hidrógeno, principalmente para uso industrial y combustible para movilidad. 

Se está promoviendo y aumentando el almacenamiento de hidrógeno. Se deben de desarrollar una serie de hidrogeneras a nivel nacional para suministrar combustible a vehículos con esa tecnología.

Para que todo esto ocurra, se deben aumentar las instalaciones de energías renovables. De esta forma, durante el periodo de generación energética que no se use en la red eléctrica, proporcionen energía para que los electrolizadores produzcan hidrógeno, y pueda ser almacenado para sus distintos propósitos.

Se ha recalcado este periodo (hora valle) porque según la legislación actual, toda energía renovable producida debe ser volcada a la red en detrimento de las instalaciones de energías fósiles.

Preguntas frecuentes sobre Hidrógeno verde como fuente de energía y sus aplicaciones.

Porque no está disponible en la naturaleza para usarse, se necesita un proceso de extracción. En este caso mediante hidrólisis del agua, es decir se extrae del agua.

No directas para usuarios, aunque sí existen descuento en vehículos de esta tecnología al comprarlos. Además el desarrollo de electrolizadores a gran escala  es financiado  en parte con fondos públicos.

Es lo que se pretende, pero será necesario invertir grandes sumas de dinero para sustituir la industria energética dependiente de combustibles fósiles para autoabastecerse de renovables y a su vez crear hidrógeno verde. Las políticas actuales a nivel europeo van enfocadas a ese objetivo.

Como cualquier tecnología tiene partes buenas y malas, la principal es la gran cantidad de energía necesaria para su síntesis.

 Otro problema el coste de agua, por cada kilogramo de hidrógeno se necesitan unos 20 de agua. Esto puede limitar su desarrollo en áreas con déficit hídrico.

Es una de las líneas de actuación del empleo de esta fuente de energía renovable. Es un combustible, similar a sus características de empleo y almacenamiento a los combustibles convencionales. En ese aspecto es la mejor posicionada respecto al resto de energías renovables.

La industria toma el hidrógeno bien como materia prima o como  reactivo. Si no se usara se emplearía el hidrógeno de energías fósiles (gris, marrón, azul). Este hidrógeno tiene además el problema que  al generarse libera ciertos gases efecto invernadero y en su proceso de síntesis también los genera. Al emplear hidrógeno verde se atenúa las emisiones de este tipo a la atmósfera.

Actualmente la energía renovable más empleada para la síntesis de hidrógeno verde es la eólica puesto que abarata mucho su producción. Los países con esa tecnología serán los mejor posicionado para su desarrollo. En este sentido España ocupa actualmente el 5º lugar.

Tiene más peligrosidad que los gases derivados del petróleo (propano, butano) es extremadamente inflamable, sus fugas no se detectan a simple vista puesto que es un gas incoloro e inoloro.

Actualmente su desarrollo en ambos modelos  es incipiente, los que circulan actualmente son de pila de combustible. Los que usan la pila de combustible necesitan mayor espacio que un motor de combustión de hidrógeno que solo necesita un electrizador.  Por contra estos suelen tener menos rendimientos que los de pila de combustible, aunque este reserva su energía en una batería por lo que, no tiene grandes diferencias en cuestiones de diseño y estructuración de equipos dentro de la movilidad.

Lo puedes comprar, pero el problema será abastecerlo. Actualmente solo existe 6 hidrogeneras en España. A no ser que vivas cerca de alguna de ellas, es un inconveniente. Además como cualquier tecnología novedosa son más caros que vehículos de otro tipo (eléctrico, o convencional).

2021

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