El ingeniero industrial Raúl Pastor García, director de proyectos PolySol Gestión, vocal de la Comisión de Energía del Colegio Oficial de Ingenieros Industriales de Madrid y Director de la Asociación H2Nostrum, ha sido el encargado de continuar con el ciclo sobre energía con la ponencia Hidrógeno verde. Luces y sombras.
El hidrógeno no tiene color pero tiene una interesante paleta de colores en función de su origen. Se habla, por tanto, del "arcoiris" de un combustible limpio, usado mayormente en transporte, una pequeñísima molécula (dos atómos) presente en la naturaleza de forma abundante. Es muy difícil de manejar pero está presente en todo compuesto orgánico porque da la vida. Por ejemplo, en los hidrocarburos, tan usados en la sociedad, base del desarrollo industrial y parte del futuro.
Es importante precisar que el hidrógeno "no es una fuente de energía, salvo si hace fusión, sino un vector energético y apunta mucho a la posibilidad de acumular energía y distribuirla de forma económicamente aceptable", ha explicado Pastor García. Se habla del hidrógeno gris (proveniente de combustibles fósiles, como el gas natural, mediante reformado con vapor o proceso de pirólisis), de hidrógeno azul (igual que el gris, aunque un poco más caro, ya que captura y almacena el CO2 de forma subterránea, siendo una solución de transición y una realidad dentro del mix de hidrógenos futuro), el hidrógeno verde (se obtiene mediante la electrólisis del agua usando fuentes de energía 100% renovables como la solar o la eólica, con emisiones cero), el hidrógeno rosa (de origen nuclear) y el blanco (de origen natural o geológico, pese a que estas reservas no están demasiado exploradas a nivel global).
Existen, en este arcoiris, otros hidrógenos derivados, como el hidrógeno verde-bio, reformado de biogás, rico en metano (CH4) y neutro en carbono. "Es prometedor porque parte de un residuo orgánico que reformas y me queda un hidrógeno muy barato al que dar diferentes usos", ha dicho.
También existe el hidrógeno verde-marrón-negro, que se obtiene por procesos de gasificación y pirólisis. La gasificación consiste en calentar la biomasa sólida (astillas de madera o restos de poda, por ejemplo) a temperaturas mayores de 700 grados centígrados, con una cantidad controlada de oxígeno, generando un gas de síntesis rico en H2, que tendrá el "color" verde.
La pirólisis, por su parte, permite calentar la biomasa o residuos orgánicos, pero sin oxígeno. El carbono, en este caso, se queda atrapado en la tierra convertido en sólido, ya sea carbón vegetal o biochar, y por otro lado, obtienes el hidrógeno gaseoso que tendrá color en función de la huella de CO2 que tengan los mismos.
El último caso que ha explicado el experto es una "tecnología que se está empezando a ver": se trata del hidrógeno de huella negativa, que no tiene color. Para obtenerlo se usa una tecnología de captura de almacenamiento de carbono en la gasificación de biomasa y se combina con la producción de H2 verde. El resultado supone restar de forma neta dióxido de carbono de la atmósfera. Esta es una de las pocas tecnologías capaces de "enfriar el planeta".
Los desafíos del hidrógeno verde
Pero el hidrógeno verde también tiene escollos que salvar. El proceso de producción no es eficiente y libera mucho calor residual. ¿Qué hacer con todo ese calor? "Se puede transportar a media o baja temperatura, que es más barato, convirtiéndolo en vapor y dándole uso en las casas o las industrias vecinas", ha propuesto el ponente.
Más retos propuestos: su transporte. El hidrógeno es el átomo más pequeño del universo y se escapa fácilmente además de debilitar los metales -los corroe y los vuelve más frágiles-, así que una solución para transportar este hidrógeno es comprimirlo o licuarlo (a -253º); también, construir nuevas infraestructuras (redes).
Existe la posibilidad de inyectar el H2 junto al gas natural y el biometano en las redes de gas actuales reacondicionadas (lo que se conoce como blending o mezcla) así como absorberlo en combustibles, hasta un límite operacional o físico (un 20% de hidrógeno), respectivamente, con implicaciones sobre el poder calorífico inferior y superior que se comercializa. Se crea así un nuevo producto final homogéneo, con menos poder calorífico pero mucho más sostenible al generar menos emisiones de CO2.
Otro de los retos es el alto coste de producción pero "producir hidrógeno mediante reformado de biogás o gasificación de biomasa permite obtener precios menores, en función de los costes de acceso a la biomasa", ha explicado.
Tecnologías
Respecto a las tecnologías utilizadas, el experto ha citado en primer lugar el alcalino, la más usada aunque no la preferente. Tienen una madurez comercial alta y una vida útil de hasta 20 años, pero una respuesta baja, ya que tarda mucho en arrancar.
En segundo lugar, existe también la membrana de intercambio protónico (PEM). Posee una flexibilidad excelente porque responde en segundos y es ideal para acoplar directamente a parques eólicos o solares. Cummings, que actualmente ha paralizado su actividad en Guadalajara, utilizaba este PEM, por ejemplo.
Existe un indicador que mide el coste de todo el ciclo de vida de los activos relacionados con su producción y permite comparar tecnologías. Recibe el nombre de Levelized Cost of Hydrogen o Coste Nivelado de Hidrógeno (LCOH) y refleja datos como éstos: por ejemplo, que el hidrógeno gris es el más barato (entre 1,20 y 2,50 €) aunque su precio fluctúa según el coste del gas natural y que el azul se sitúa entre 3 y 5 euros el kilo, siendo más caro por la infraestructura de captura de CO2 y almacenamiento bajo tierra.
El hidrógeno verde en España cuesta ya entre 5,50 y 7,50 euros el kilo, entre un 200% o 300% más caro que el gris, aunque existen lugares en el mundo donde cuesta menos producirlo, sobre todo, lugares con un recurso solar y eólico excepcional y bajo coste de capital, como Oriente Medio o zonas de China, donde el coste oscila entre los 2,80 y los 4,20 euros por kilo.
Todos estos precios son sólo de producción de fábrica y se incrementarán con toda probabilidad una vez producidos, debido a su compresión o su licuado -para que pueda transportarse- . "Esto lo puede encarecer entre 1 y 2,50 euros por kilo", ha afirmado.
Es posible igualar, e incluso mejorar este indicador, "usando biomasa". Pero ésta es un recurso codiciado y hay "una guerra por ver quién se queda con los residuos orgánicos". No sólo la quieren las refinerías, también el sector de la aviación, por ejemplo, ya que con ella puede hacer combustible sostenible.
Los usos prácticos del hidrógeno verde
¿Dónde tiene sentido usarlo? En la industria y el transporte. Concretamente, los destinos más sostenibles son, por ejemplo, con amoníaco (para barcos, como materia prima química o fertilizante) y metanol (como combustible para barcos).
Tiene sentido usarlo de verdad en la industria actual, como sustitución directa. De hecho, ya se consumen millones de toneladas de hidrógeno gris para hacer fertilizantes, amoníaco y en refinerías. También, en siderurgia (acero verde), donde se sustituye el carbón por hidrógeno en los altos hornos para reducir el mineral de hierro; en transporte pesado y de larga distancia, como camiones de carga pesada, trenes en líneas no electrificadas y barcos (usando derivados como el metanol verde o amoníaco). Poco probable es que se usen en coches particulares.
En la producción de hidrógeno también hay que tener en cuenta los riesgos que existen, como explosiones o fugas (H2 gas), quemaduras térmicas y sobrepresión (H2 líquido), toxicidad y corrosión (amoníaco) e inflamabilidad (llama invisible) en el caso del metanol.
En este sentido, existen diferentes directrices para la seguridad de sistemas de H2, entre ellas, la ISO/TR 15916; la NFPA 2, estándar para almacenamiento de H2 o la directiva SEVIESO III para Europa, que aplica de forma estricta el almacenamiento de amoníaco y metanol. "Pero vienen cosas nuevas y hay que estar al día", ha advertido Pastor García.
En conclusión, "el hidrógeno verde no es una solución milagrosa para todo pero sí un recurso valioso y una tecnología que ya está evolucionando". Es verdad que sus costes logísticos no son despreciables y que la biomasa es una gran oportunidad para generar hidrógeno de baja huella de carbono, así que su futuro es prometedor.
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