¿Qué es el hidrógeno verde?

El hidrógeno verde es el primer elemento de la tabla periódica. Es el elemento químico más ligero que existe, su átomo está formado por un protón y un electrón y es estable en forma de molécula diatómica (H2).

En condiciones normales se encuentra en estado gaseoso, y es insípido, incoloro e inodoro.

Se trata de un elemento muy abundante en la Tierra. No en vano, constituye el 75% de la materia del Universo, pero se encuentra en combinación con otros elementos como el oxígeno, con el que forma moléculas de agua, o el carbono, formando compuestos orgánicos.

El hidrógeno no es un combustible que pueda extraerse directamente de la naturaleza, sino que es un vector energético (como la electricidad) y es por ello que tiene que “fabricarse”.

¿Para qué sirve el hidrógeno verde y qué aplicaciones tiene?

Tiene una serie de aplicaciones que van desde las industrias, como la metalúrgica y la química, hasta usos energéticos, residenciales y en el transporte.

Usos residenciales

Existen sistemas de microcogeneración de hidrógeno que son capaces de proveer de electricidad y calor a los hogares.

Usos energéticos

El hidrógeno puede ser utilizado para generar electricidad mediante pilas de combustible y para ser inyectado en la red de gas natural, una práctica que reduce de forma notable las emisiones de los sistemas de calefacción.

Transporte

El hidrógeno verde sirve como combustible. Un vehículo de motor de combustión interna de hidrógeno (MCI) utiliza un motor de combustión interna convencional modificado para la combustión de hidrógeno gaseoso. Los vehículos de MCI de hidrógeno son un 30% más eficientes comparados con los vehículos de gasolina, y funcionan bien en todas las condiciones climáticas, incluso a bajas temperaturas.

Las pilas de combustible comprenden una amplia variedad de aplicaciones:

⁃ Portátiles: orientadas a pequeños dispositivos eléctricos, cada vez más abundantes a nuestro alrededor (ordenadores, Smart phones, pequeños electrodomésticos).

⁃ Estacionarias: que tras emplear el hidrógeno como sistema de almacenamiento puede ser utilizado para la generación de electricidad y calor en empresas, hospitales, zonas residenciales, y como generadores de potencia en casos de emergencia cuando falle el suministro principal.

⁃ Aplicaciones en el transporte: se contempla el uso de hidrógeno como combustible en pilas de combustible para vehículos eléctricos de todo tipo (coches, autobuses, barcos), apareciendo cada vez con más frecuencia, prototipos y modelos de prueba propulsados con estas tecnologías. Este tipo de vehículos ya son comercializados.

Tecnología de pila de hidrógeno.

¿Qué ventajas tiene su uso?

Como dato del gran potencial del hidrógeno, un kilogramo puede liberar más energía que un kilogramo de cualquier otro combustible. En concreto, hasta el triple que la gasolina o el gas natural. Además, su impacto ambiental es nulo, ya que para liberar esta energía no emite dióxido de carbono, sino vapor de agua.

Ventajas

+ Es el elemento más ligero que existe y uno de los más abundantes

+ No genera emisiones ya que su combustión sólo produce vapor de agua

Desventajas

– El rendimiento del hidrógeno es del 18% frente al 70% de la pila de ion-litio

– El coste de la infraestructura de repostaje de hidrógeno es actualmente el doble que la de una electrolinera.

Hidrógeno Verde en España

Ya se está produciendo una gran inversión en España por parte de numerosas empresas, que ven cómo el hidrógeno será la principal vía de almacenamiento de energía de origen renovable. Algunos proyectos como el de As Pontes (A Coruña), Aragón,  Asturias, o Puertollano, son algunos ejemplos que hacen vislumbrar un futuro muy prometedor en esta nueva industria. 

Coches de hidrógeno verde

La industria del automóvil ya está desarrollando vehículos movidos por hidrógeno mediante una pila de combustible, que convierte el hidrógeno almacenado en el depósito en energía eléctrica mediante un proceso de hidrólisis. Toyota Mirai ya está matriculando un buen número de vehículos, y ya empiezan a surgir deportivos como el Hopium Machina, que una firma francesa independiente vende por unos 120.000€. Pero probablemente en el transporte de mercancías o pasajeros es donde el hidrógeno tendrá mayor cabida por la capacidad de llevar grandes depósitos de hidrógeno. Así, fabricantes de camiones como Daimler ya están buscando alianzas, y los ayuntamientos de numerosas localidades de España ya están testando prototipos para sus líneas de transporte público.

Toyota Mirai 2021.

En el nuevo Plan de Choque de Movilidad Sostenible Segura y Conectada, cuyos fondos provendrán del l Plan de Recuperación, Transformación y Resiliencia, se contempla la creación de unos 284.300 empleos y aportarán 20.500 millones de euros al Producto Interior Bruto (PIB) nacional hasta 2026. Para ello, se dispondrá una inversión de más de 13.200 millones de euros que irá a parar a campos como la movilidad con hidrógeno verde.

¿Cómo se produce y como se obtiene el hidrógeno verde?

La producción de hidrógeno puede llevarse a cabo a partir de distintos métodos, diferentes materias primas, fuentes de energía y procedimientos.

Según sean la materia prima y la fuente energética utilizada para producirlo se podrá hablar de procesos 100% renovables, 100% fósiles o híbridos en un determinado porcentaje.

Del mismo modo, el hidrógeno puede producirse de forma local, en grandes instalaciones centrales o en pequeñas unidades distribuidas cuya ubicación esté tanto en el punto de uso como sus proximidades. Por ello, todas las zonas pueden convertirse en productoras de energía, incluso las más remotas.

Cuando el hidrógeno se produce usando fuentes de energía renovables y se aprovecha para la alimentación eléctrica de las pilas de combustible de alta eficiencia, los beneficios medioambientales del hidrógeno son aún mayores. Además, el hidrógeno puede ser producido y almacenado utilizando los excedentes de energía producida por las energías renovables, como la solar, la eólica, la hidráulica etc.

Precio de producción de este hidrógeno renovable

El coste del hidrógeno verde viene determinado, principalmente, por 3 factores:

El coste de la electricidad utilizada en la electrolisis.

El coste de la planta de electrólisis. Cuanto mayor sea la potencia instalada, la ratio €/MW será menor.

Horas de operación en las que la planta está funcionando. En este aspecto, cuantas más horas de operación, mayor cantidad de hidrógeno se producirá con la misma inversión, por lo que el precio de venta es menor.

Teniendo en cuenta todos estos factores, el precio del hidrógeno puede oscilar desde 3-4 €/kg hasta los 10 €/kg, aunque tomando como referencia el precio de venta en hidrogeneras de otros países, el hidrógeno cuesta actualmente entre 8 y 10 euros por kilogramo.

Almacenamiento de hidrógeno verde

Una de las aplicaciones más importantes del hidrógeno es su uso como almacenamiento de energía. Este es un punto clave para su introducción en el mercado y uno de los principales valores que tiene como vector energético.

El hidrógeno se caracteriza por tener una alta densidad energética por unidad de masa, pero su mayor problema es que ocupa mucho volumen.

Por ello, encontramos varias formas de almacenarlo en diferente grado de desarrollo. Estas son:

Gas comprimido:

Es la técnica más utilizada para suministrar hidrógeno hasta presiones de 700 bar. Es una técnica de disponibilidad general y de bajo coste. Sólo se almacenan cantidades relativamente pequeñas de H2 a 200 bares; el almacenamiento a alta presión (700 bar) está aún en fase desarrollo.

Hidrógeno líquido:

Tecnología muy empleada y bien conocida, consiguiendo una buena densidad de almacenamiento. Se requieren temperaturas muy bajas y por ello un aislamiento mayor de lo normal, por lo que su coste puede ser elevado.

Hidruros metálicos:

Es un sistema muy seguro ya que el hidrógeno se almacena sobre un sólido (metal). La forma de los depósitos de almacenamiento puede adaptarse a las necesidades de cada aplicación. Al utilizarse metales para fijar el gas, los pesos se elevan considerablemente y su vida útil puede ser menor. Actualmente es una tecnología algo más cara.

Hidruros químicos:

Las reacciones de formación de hidruros reversibles son bien conocidas. Son sistemas compactos con reducido tamaño y necesitan de infraestructuras especiales.

Estructuras de carbono:

Se están estudiando distintas estructuras con base de carbono, entre las que se encuentran los nanotubos, que permiten una elevada densidad de almacenamiento de hidrógeno, siendo, además, muy ligeras. Actualmente están en fase de investigación y desarrollo.

Países con mayor producción de hidrógeno verde

La apuesta por el hidrógeno verde permite augurar el desarrollo de esta fuente de energía rápidamente. Hay empresas internacionales que están llevando a cabo proyectos importantes que consiguen confiar en que será “la energía del futuro”, como dicen desde la BBC y la revista Forbes. Sus megaproyectos, además, están llevando a diferentes países a liderar la producción y el desarrollo del hidrógeno verde. Estos países son: Australia, Países Bajos, Alemania, China, Arabia Saudita y Chile.