El uso de hidrógeno (H) es vital para múltiples procesos industriales, y también tiene aplicaciones en el sector energético y el transporte.
Este gas es el elemento más ligero y abundante del universo. A pesar de ello, es raro encontrarlo en la Tierra en su forma elemental, y, en condiciones normales, se produce de forma artificial. La manera más común en la que se genera este gas es como molécula diatómica (H2).
Según el Fuel Cells and Hydrogen Observatory (FCHO) en el año 2020 se produjeron en Europa casi 31 toneladas diarias de hidrógeno, y se consumieron en torno a 8,6 millones de toneladas en total, con cuatro países (Alemania, Países Bajos, Polonia y España) como responsables del consumo de más de la mitad del gas producido en el continente.
Según datos de la Comisión Europea, el hidrógeno representa menos del 2 % del consumo de energía total del continente, y se utiliza principalmente para la manufactura de productos químicos, plásticos y fertilizantes.
El 96 % de la producción de hidrógeno en Europa en la actualidad es vía reformado de metano (componente mayoritario – > 90%- del gas natural), lo que implica la emisión de importantes cantidades de CO2 a la atmósfera.
Refinados de petróleo e industria química
El sector de refinado de petróleo es el mayor productor y consumidor de hidrógeno en Europa, ya que este gas es clave para convertir el petróleo en productos como gasolina, diésel, queroseno, nafta o asfalto mediante diversos procesos (“hydrocraking”, “hydrotreating”…).
La industria del amoniaco —un compuesto químico que se usa principalmente en fertilizantes para agricultura— es el segundo sector que más hidrógeno produce y consume en la Unión Europea.
La industria química también exige grandes cantidades de este elemento para generar compuestos como el ácido clorhídrico, el agua oxigenada o la anilina (utilizada para fabricar poliuretano, pinturas sintéticas, antioxidantes, barnices y explosivos, entre otros).
La demanda total en el año 2020 por uso y aplicación del hidrógeno. / FCHO
Otras industrias
El hidrógeno se usa junto con el nitrógeno en la industria metalúrgica para producir una atmósfera protectora e inerte en los hornos de recocido de metales. En la industria del vidrio, se utiliza para producir vidrio plano (utilizado para ventanas, puertas de vidrio, parabrisas, etc.) y para los procesos de pulido de este material.
En la industria alimentaria se utiliza para hidrogenar aceites y convertirlos en grasas (grasas hidrogenadas).
El hidrógeno como vector energético
En 2020, la producción y consumo de energía fue el sector que mayor cantidad de gases de efecto invernadero produjo en Europa, con un 30 %, ya que depende fuertemente de los combustibles fósiles.
Para descarbonizar este sector, la Comisión Europea ha lanzado ambiciosos planes de financiación, como REPowerEU u Objetivo 55, en los que el hidrógeno desempeña un papel clave como forma de energía alternativa.
A diferencia del gas o el petróleo, el hidrógeno no es un combustible, sino un vector energético, una forma de almacenar y transportar la energía.
El hidrógeno puede ser almacenado en grandes cantidades y por largos periodos de tiempo para ser utilizado como fuente de energía a gran escala, una característica que cobra especial relevancia en el ámbito de la regulación del consumo y la producción de energía eléctrica mediante renovables, donde sistemas de electrolisis facilitarían una evolución y mejora en la gestión de las redes eléctricas.
Uno de los principales problemas de depender de la energía generada por renovables es su imprevisibilidad: un período de alta demanda eléctrica puede coincidir con un día sin viento, o que esté nublado, y a la inversa.
Los sistemas de almacenamiento de hidrógeno con electrolizadores solucionarían ese problema, ya que “si tenemos electrolizadores en el sistema eléctrico, podemos activarlos cuando hay excedente eólico o solar, y de esta forma evitamos que se tire esa energía, o que tengan que pararse los parques eólicos, lo que lleva a pérdidas económicas para todos”, explica Pablo Lara, gestor de proyectos en Ariema, y docente del curso de hidrógeno. “Luego, el gas puede emplearse para reelectrificar, o no”.
Los sistemas de almacenamiento de hidrógeno también podrían complementar o sustituir a los grupos electrógenos que hoy en día se emplean para generar energía a partir de gas o diésel.
Entre sus beneficios, mejoran la densidad energética de los sistemas de batería, es decir, ocupan menos espacio que los sistemas de batería para la misma cantidad de energía “y si son pilas de combustible de alta temperatura, pueden emplearse para obtener agua caliente sanitaria de forma paralela”, detalla Lara.
Hidrógeno en pilas de combustible (Fuel Cells)
Las pilas de combustible son dispositivos electroquímicos que transforman un combustible, en este caso hidrógeno, en energía eléctrica con un mínimo impacto ambiental y una eficiencia muy alta, ya que, a diferencia de los dispositivos térmicos, su rendimiento no depende del límite impuesto por el Ciclo de Carnot.
Existen varios tipos de pilas de combustible, según las características del electrolito y catalizador que utilizan, su tamaño y su temperatura de funcionamiento.
Las pilas que generan electricidad a alta temperatura son más adecuadas para aplicaciones estacionarias, ya que son pesadas y tienen grandes inercias, pero por otro lado tienen mayores eficiencias y una vida útil más larga.
Por otro lado, existen pilas de menor tamaño y rápida activación: este tipo está orientado a sectores como el del transporte, donde se valora más la ligereza y compacidad. Un ejemplo de este tipo es la pila que utiliza un electrolito de Membrana de Intercambio Protónico (PEM).
Hidrógeno en el transporte
El hidrógeno se puede usar como una forma de combustible en el transporte. Esto es especialmente relevante teniendo en cuenta que este sector es el responsable del 27.1 % de los gases de efecto invernadero generados en Europa en 2020.
Los vehículos eléctricos alimentados con H2, conocidos como vehículos de pila de combustible de hidrógeno (FCEV, por sus siglas en inglés), utilizan una pila de combustible para convertir el vector energético hidrógeno en electricidad, la cual es utilizada para alimentar un motor eléctrico.
Esto permite que los vehículos se muevan sin emitir dióxido de carbono (CO2) u otros contaminantes, sólo emite vapor de agua. Otra de las ventajas es que tienen un rango de viaje similar a los vehículos de combustión interna y pueden recargarse rápidamente. Sin embargo, existen desafíos con la infraestructura actual del hidrógeno, ya que todavía no está muy desarrollada y hay pocas estaciones de repostaje disponibles.
En el transporte pesado, el hidrógeno puede ser utilizado como combustible en camiones y trenes. Este vector se ha utilizado en trenes desde principios del siglo XX, en países como Alemania, pero su uso ha sido limitado debido a costos y a la falta de infraestructura de hidrógeno. Sin embargo, actualmente se está invirtiendo en el desarrollo de sistemas de alimentación con hidrógeno para vehículos pesados, ya que pueden proporcionar una alternativa más limpia a los combustibles fósiles.
En la actualidad, también se están realizando pruebas de motores de combustión de hidrógeno para aviación, movilidad terrestre y marina; otros sectores que generan una gran huella de carbono.
En general, el uso del hidrógeno en el sector del transporte es una de las alternativas para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero y contribuir a la lucha contra el cambio climático. Sin embargo, aún existen desafíos a resolver para su implementación masiva, principalmente la falta de infraestructura y altos costes de producción.
El futuro pasa por el hidrógeno
El hidrógeno generado mediante electricidad renovable —hidrógeno verde— es una alternativa muy prometedora para descarbonizar sectores como la industria del acero y los fertilizantes, así como la producción de electricidad y el transporte. Estos sectores, combinados, generan más de la mitad de los gases de efecto invernadero de la Unión Europea.
El importante rol del hidrógeno ha sido reconocido por la Comisión Europea, que ha desarrollado una estrategia para el hidrógeno, otorgándole un papel central dentro del futuro net-zero del continente.
España, también ha reconocido la importancia del hidrógeno a través de documentos estratégicos como la Hoja de Ruta del Hidrógeno, donde se identifican los retos y oportunidades de este vector energético, con el claro objetivo de posicionarse como referente tanto a nivel tecnológico como de exportación.
