Qué es y cómo se produce el hidrógeno verde. Usos y desafíos

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El gran reto para el ser humano en los próximos años es la descarbonización del planeta, sin que ello suponga la pérdida de los avances tecnológicos que, basados en el consumo de energía, usamos a diario.

Hasta la fecha, la fuente de energía base para el desarrollo tecnológico provenía de los combustibles fósiles. El carbón y el petróleo han sido la fuente energética de la industrialización y por lo tanto del desarrollo económico actual. Pero al mismo tiempo que se producía esa evolución, la atmósfera se fue contaminado con los conocidos gases de efecto invernadero, generando un grave problema climático.

La búsqueda de fuentes energéticas alternativas y más ecológicas, nos ha llevado al desarrollo de sistemas que permiten el uso de fuentes renovables con las que generar energía eléctrica. La energía solar, eólica, hidráulica por saltos de agua o la fuerza de las mareas, son algunas de ellas.

Como fuente de energía alternativa, también es conocido desde el comienzo de la industrialización un gas cuyo uso no es contaminante y se podría considerar como una fuente de energía inagotable, el hidrógeno.

Desde que el cambio climático se ha convertido en un grave problema, el hidrógeno ha cobrado protagonismo y se postula como el combustible del futuro.

Al hidrógeno se le considera el gas ecológico por excelencia, lo que no es del todo cierto. Evidentemente, no es un gas contaminante en sí mismo, pero sí lo puede ser en su proceso de obtención, almacenamiento o transporte. Por esa razón, el hidrógeno se ha categorizado en función de su forma de obtención en gris, azul o verde. Los colores ya denotan que los dos primeros son sistemas que producen el hidrógeno con medios poco ecológicos.

Por lo tanto, el hidrógeno verde es el gran reto productivo y objeto de la investigación actual.

¿Qué es el hidrógeno?

El hidrógeno es el elemento químico más abundante en la tierra y se considera que está presente en el 75% de la materia en el universo. Es el primero en la tabla periódica con el 1 como número atómico.

Es un gas ligero que no genera emisiones contaminantes con su uso, inflamable, insípido, incoloro e inodoro.

Su átomo está formado por un protón y un electrón, siendo estable como molécula diatómica H2.

Fue descubierto en el siglo XVIII por Henry Cavendish.

¿Qué es el hidrógeno verde?

Técnicamente, se considera hidrógeno verde al que se produce usando fuentes de energía renovable para la generación de la electricidad que se necesita en el proceso de obtención.

El concepto es fácil de entender porque se trata de no contaminar en el proceso de producción ya que, siendo el hidrógeno un combustible no contaminante, perdería esa capacidad si en el proceso productivo se emite dióxido de carbono (CO2) a la atmósfera. El hidrógeno se puede obtener por otros medios que podrían ser más económicos, pero al mismo tiempo más contaminantes.

• Hidrógeno verde. Su producción parte del uso de energía eléctrica procedente de fuentes renovables.
• Hidrógeno azul. Es un poco menos contaminante porque, aunque su obtención se basa en el uso de combustibles fósiles, se emplea una tecnología base que permite la captura y almacenamiento del dióxido de carbono (CO2) emitido.
• Hidrógeno gris. Su obtención se basa en el uso de combustibles fósiles.

Cómo producir hidrógeno verde

Desgraciadamente, el hidrógeno no se encuentra en estado libre sino formando parte de otros elementos químicos. En su combinación con el oxígeno se encuentra en el agua.

Para la obtención del hidrógeno verde se usa un proceso químico conocido como electrólisis. Para ello se requiere de una corriente eléctrica con la que se consigue separar el hidrógeno del oxígeno del agua.

De forma elemental, el proceso de electrolisis consiste en lo siguiente:

1. En un recipiente se dispone de agua con una disolución de sales y minerales que permitan conducir la electricidad a través de ella.
2. En dicha solución de agua se introducen dos electrodos conectados a una fuente de energía eléctrica.
3. Cuando se pasa una corriente eléctrica de forma continua, se produce la disociación del hidrógeno y el oxígeno debido a que los electrodos atraen hacia ellos los iones de carga diferente. A este proceso se le conoce como oxidación-reducción.

Aunque aparentemente es un proceso sencillo, solo se requiere agua y electricidad, se complica enormemente cuando entra en juego la parte económica. Su alto coste en la producción genera serias dudas sobre su viabilidad en el futuro. Es posible que tenga que convivir con otras fuentes energéticas de costes más reducidos o que requiera de un desarrollo tecnológico que abarate su producción.

¿Cómo se almacena y transporta el hidrógeno verde?

En el caso del hidrógeno verde, como en el de cualquier fuente de energía, una vez superado el reto de su obtención, hay que desarrollar un sistema de almacenamiento y transporte que facilite su distribución.

Al igual que ocurre con otros gases, el hidrógeno ocupa un gran volumen y requiere de tecnologías que permitan manejarlo con facilidad. Muchas de esas tecnologías ya han sido desarrolladas para otros gases y tan solo hay que adaptarlas a las peculiaridades de éste:

• Almacenamiento o transporte como un gas comprimido. Este debería ser el método más habitual, dado que es comprensible, se puede almacenar en botellas o depósitos de un tamaño reducido. El problema es la presión. Si se quieren usar recipientes de pequeño tamaño, la presión será elevada, se está trabajando con presiones entre 200 y 700 bar. Existen algunas aplicaciones a 900 bar. Su transporte se puede realizar por varios métodos, siendo los mas frecuentes las cisternas o los gaseoductos.

• Almacenamiento en estado líquido. Esta técnica ya se está empleando en otros gases como el nitrógeno industrial. La tecnología tiene su complejidad porque la temperatura de condensación del hidrógeno a presión atmosférica está en los -253ºC. Por otro lado, se necesitan recipientes muy bien aislados que mantengan la temperatura sin cambios.

• Almacenamiento en forma de hidruro metálico. Esta tecnología podría ser muy interesante, pero tiene algunas dificultades. Es necesario usar un metal como medio para formar un compuesto con el hidrógeno, por eso, el compuesto resultante es muy pesado. A pesar de ello, es una alternativa que no ha sido descartada.

¿Para qué se usa el hidrogeno verde?

Las aplicaciones del hidrógeno verde son muy diversas:

• Movilidad sostenible. Gracias al desarrollo de la pila de combustible, el hidrógeno puede ser utilizado en el transporte de personas y mercancías. Los vehículos que disponen de esta tecnología llevan instalado un tanque de hidrógeno que alimenta la pila de combustible donde se genera la electricidad, que a su vez alimentará el motor del vehículo.

• Industria siderúrgica. En este tipo de industrias donde se requiere una fuente energética de gran potencia y que a su vez ha sido muy criticada por su efecto contaminante, posiblemente será el hidrógeno la alternativa más adecuada para su desarrollo en un marco más ecológico.

• Industria química y petroquímica. No es un producto nuevo para este tipo de industrias. En la actualidad ya se está usando este gas en procesos para la obtención de fertilizantes, por ejemplo. El problema es que habitualmente se usa hidrógeno gris. La novedad está en la instalación de una planta de producción de hidrógeno verde junto a una industria de fertilizantes u otro consumidor de este gas. Este tipo de instalaciones podría dar lugar a la aparición de un nuevo modelo de negocio.

• Industria en general. Como combustible ecológico, el hidrógeno verde tiene un amplio futuro en el sector industrial. Ya se están planteando usar gaseoductos para el transporte de este gas directamente a los puntos de consumo. Su uso principal sería como fuente de energía. Dentro de los diferentes proyectos de desarrollo industrial y en función de la aplicación de cada empresa, puede ser consumido directamente como materia prima para el proceso o como fuente de energía.

• Uso doméstico. No está extendido el uso de hidrógeno verde en el ámbito doméstico. Por el momento solo se están desarrollando iniciativas con la idea de generar electricidad y calefacción con este gas. Hasta ahora, su uso implica más a los grandes proveedores de estas energías que a un uso particular de los pequeños consumidores.

El hidrógeno como fuente de energía es un gas con sus pros y contras. Su obtención en procesos que lo califican como hidrógeno verde hará que se convierta en la fuente de energía más ecológica y sostenible, base para la descarbonización de la atmosfera en un futuro muy cercano.

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