¿Cómo se obtiene energía a partir del hidrógeno?

El hidrógeno está presente en la naturaleza, por todas partes, pero siempre se encuentra unido a otros elementos químicos. Cuando hablamos de hidrógeno para la energía, nos referimos al hidrógeno molecular (H2), que prácticamente no existe en la Tierra, y que se produce a través de procesos que usan la energía para romper los enlaces químicos con otros elementos. Una vez producido, la energía contenida en la molécula de hidrógeno puede convertirse en electricidad (con unos dispositivos llamados células de combustible) o en calor (con procesos de combustión), en función de su uso final. Debido a que no se encuentra libremente en la naturaleza, el hidrógeno molecular es un vector energético capaz de almacenar energía para usarla en otro momento, no una fuente de energía.

¿Cómo se produce el hidrógeno?

En la Tierra, el hidrógeno está mayormente presente en compuestos químicos, es decir, unido a otros átomos. Existen diferentes procesos químicos que permiten separar los átomos de hidrógeno de elementos más complejos para producir hidrógeno molecular. El hidrógeno se encuentra, por ejemplo, en los combustibles fósiles y en el agua. Sin embargo, la producción de hidrógeno usando combustibles fósiles como el petróleo, el carbón o el gas natural implica la producción de dióxido de carbono (CO2) como subproducto principal del proceso. Como alternativa, el hidrógeno se puede producir con un proceso llamado electrólisis del agua: se separan los átomos de hidrógeno de los de oxígeno utilizando energía eléctrica para producir H2 y obtener oxígeno como único elemento de descarte.

¿Qué tipos de hidrógeno existen?

El hidrógeno se clasifica según su proceso químico de producción y se asocia un color a cada tipo. El hidrógeno “marrón” se obtiene mediante la gasificación del carbón y es el más contaminante a nivel atmosférico y medioambiental, ya que produce 25kg de CO2 por cada kg de hidrógeno. Al hidrógeno obtenido a partir de gas natural mediante el proceso de “steam methane reforming” lo llamamos “gris” y tiene un impacto ambiental de 11kg CO2/kg H2. Si a este último se le asocia un proceso de captura y almacenamiento del dióxido de carbono que evita su dispersión a la atmósfera, el hidrógeno producido se clasifica como “azul”. A causa de las limitaciones tecnológicas o de pérdidas en los sistemas de almacenamiento de dióxido de carbono, se estima que, de todos modos, se emiten unos 3-6 kg CO2/kg H2. El hidrógeno también se puede producir con energía eléctrica mediante el proceso de electrólisis que separa los átomos de hidrógeno y de oxígeno contenidos en las moléculas de agua. Si la energía eléctrica utilizada se produce en una central nuclear, se clasifica como hidrógeno “rosa”; no se producen emisiones de dióxido de carbono a la atmósfera, pero se producen desechos radioactivos. Por el contrario, si la energía eléctrica utilizada proviene de fuentes de energía renovables, el hidrógeno recibe la etiqueta de “verde” o “renovable” y no produce emisiones de dióxido de carbono.

¿Hasta qué punto se ha desarrollado el mercado del hidrógeno?

El hidrógeno se utiliza desde hace algunos años, sobre todo en el sector de la industria, en el refinamiento de petróleo y en la producción de fertilizantes y amoníaco. También se utiliza en la industria alimentaria para producir las llamadas “grasas hidrogenadas”, presentes en diferentes alimentos. La gran parte de la demanda de hidrógeno hoy en día se produce en el mismo lugar que se consume (pensemos en las refinerías, por ejemplo, que lo producen para su proprio autoconsumo), por tanto, no existe un auténtico mercado porque el hidrógeno no se intercambia entre diferentes operadores.

¿Cuánto hidrógeno se consume en Italia?

En 2021 se consumieron unos 94 Mt (millones de toneladas) de hidrógeno en el mundo, la mayor parte, “gris”, es decir, producido a partir de gas natural (Global Hydrogen Review 2022, AIE). En Italia, se estima que la demanda es de unos 0,5 Mt y se utiliza principalmente en la industria del refinamiento de amoníaco y en la industria química (Hydrogen Monitor EU -2018 demand).

¿El hidrógeno siempre es limpio?

Solo el hidrógeno verde producido con fuentes de energía renovables se puede considerar completamente limpio y sostenible porque no prevé ninguna emisión de dióxido de carbono.

¿Usar hidrógeno es seguro?

El hidrógeno se utiliza, desde hace décadas, en numerosos sectores industriales. A diferencia de otras sustancias como la gasolina o el metano, el hidrógeno es muy ligero, más ligero que el aire, por lo que en caso de pérdidas o de fugas accidentales se propaga hacia arriba, dispersándose en la atmósfera. No obstante, cuando se encuentra en grandes concentraciones, tratándose de un gas muy inflamable, puede ser potencialmente peligroso si reacciona. Al igual que ocurre con el resto de sustancias utilizadas en el sector de la industria, existen unos estándares de seguridad que están en vigor desde hace años para su producción, almacenamiento y uso que permiten la utilización del hidrógeno de forma segura.

¿Podemos producir energía eléctrica con hidrógeno?

Es posible producir energía eléctrica con el hidrógeno gracias a dispositivos llamados células de combustible o en turbinas. La eficiencia de estos procesos varía entre el 35 % y el 60 %. Considerando también la eficiencia de producción del hidrógeno por electrólisis, el uso de hidrógeno verde para producir energía no representa una elección eficiente. De hecho, es mucho mejor usar energía renovable obtenida con el sol o el viento en el mismo momento en que se produce y, cuando sea necesario, almacenarla para usarla más adelante, es preferible usar baterías, ya que poseen una eficiencia de un 85 %.

¿El hidrógeno es fácil de transportar?

Existen diferentes sistemas de transporte de hidrógeno molecular. Se puede transportar en camiones cuando se almacena en bombonas o usando conductos delicados (potencialmente también se puede transportar de forma líquida, aunque, por el momento, tiene un coste muy elevado hacerlo). De forma alternativa al transporte molecular del hidrógeno, una opción más eficiente en relación con el transporte molecular del hidrógeno es la producción distribuida de hidrógeno por electrólisis directamente en las cercanías de donde se necesite. De hecho, es preferible transportar la energía eléctrica producida por fuentes de energía renovables a través de la red eléctrica y alimentar, de esta manera, un electrolizador para producir hidrógeno donde sea necesario.

¿El hidrógeno verde se puede utilizar a gran escala?

Sí, siempre y cuando con las mejoras tecnológicas y el crecimiento del mercado se reduzcan los costes de producción.

¿Cuáles son los mejores usos del hidrógeno?

La electrificación es la mejor opción para descarbonizar la mayor parte de los sectores en los que usamos energía en nuestra vida cotidiana. El mejor uso del hidrógeno se produce en los sectores industriales “hard-to-abate”, es decir, aquellos en los que la electrificación es técnicamente difícil y poco competitiva: habitualmente, estos requieren una gran cantidad de energía y es difícil disminuir las emisiones de gases de efecto invernadero. En esta definición se incluyen algunos sectores como la industria relacionada con la producción de acero, cerámica o cemento, la industria química, las fundiciones y el transporte naval y aéreo de gran alcance.

¿Se puede utilizar hidrógeno para la calefacción?

Existe tecnología capaz de utilizar el hidrógeno para la calefacción de edificios; sin embargo, las bombas de calor y los sistemas de electrificación directa son 5 veces más eficientes en términos de consumo de energía verde.

¿Qué diferencia hay entre un vehículo de hidrógeno y uno eléctrico?

En ambas tecnologías, el vehículo usa un motor eléctrico. En un vehículo eléctrico la energía necesaria para la tracción del motor proviene de una batería cargada con antelación en la red eléctrica. En cambio, en un vehículo de hidrógeno, el hidrógeno almacenado en un depósito usa una célula de combustible para producir la electricidad que alimenta el motor. Por tanto, en el primer caso la eficiencia del sistema corresponde con la eficiencia de la batería, mientras que en el segundo es necesario considerar tanto la eficiencia del electrolizador para producir hidrógeno como la de la célula de combustible para reconvertirlo en electricidad. En la actualidad, la eficiencia de un coche eléctrico es 2,5 veces mejor respecto a la de un coche de hidrógeno.

¿El combustible ideal para automóviles es el hidrógeno?

No. Se prefiere el uso de coches eléctricos no solo por su menor coste de compra y mantenimiento, sino también por la ausencia de una red de estaciones de reabastecimiento (la red eléctrica ya existe), y también porque los vehículos eléctricos son 2,5 veces más eficientes que los de hidrógeno teniendo en cuenta el número de km recorridos con 1 kWh de energía verde.

¿El uso del hidrógeno (verde) tiene un coste competitivo?

Por el momento, ni el hidrógeno renovable ni el azul son competitivos en términos de costes con respecto al hidrógeno gris. Sin embargo, según las previsiones de Bloomberg NEF, el hidrógeno verde será competitivo con respecto al gris y al azul para el año 2030. Esto será posible gracias al desarrollo de la industria de los electrolizadores, a su progresiva automatización y a la innovación que permitirá obtener electrolizadores cada vez más eficientes.

¿Qué son los electrolizadores y las células de combustible?

Un electrolizador es un dispositivo electroquímico, compuesto por membranas y electrolitos que, cuando se alimenta con energía eléctrica, es capaz de romper los enlaces químicos presentes en una molécula de agua, separando hidrógeno y oxígeno, que posteriormente se pueden recolectar y almacenar. La célula de combustible es un dispositivo electroquímico parecido a un electrolizador, compuesto por membranas y electrolitos, a veces idénticos a los de un electrolizador, que puede hacer el proceso contrario: usar el hidrógeno para producir energía eléctrica. Las moléculas del combustible (H2) y del comburente (generalmente oxígeno O2) se rompen en iones positivos y electrones; estos últimos, pasando por un circuito externo, generan corriente eléctrica. Los iones H+ e O- se unen después, formando un elemento único de descarte: agua (H2O).

¿Qué papel tiene la digitalización en el desarrollo del hidrógeno?

Las redes digitales desempeñarán un papel fundamental para gestionar, coordinar y supervisar toda la producción, distribución y suministro de hidrógeno para diferentes usos. El uso de softwares innovadores permite observar posibles datos anómalos y, por lo tanto, identificar los potenciales riesgos. De esta manera, se puede intervenir con antelación, antes de que se produzca un daño, con el mantenimiento predictivo. La detección en tiempo real de ineficiencias permite mejorar el rendimiento y la eficiencia de las centrales.

Preguntas frecuentes sobre el hidrógeno

El hidrógeno está presente en la naturaleza, por todas partes, pero siempre se encuentra unido a otros elementos químicos. Si la energía eléctrica utilizada proviene de fuentes de energía renovables, el hidrógeno recibe la etiqueta de “verde” o “renovable” y no produce emisiones de dióxido de carbono que contribuyan al cambio climático. El mejor uso del hidrógeno se produce en los sectores industriales “hard-to-abate”, es decir, aquellos en los que la electrificación es técnicamente difícil y poco competitiva. Aquí tienes las respuestas a las preguntas frecuentes sobre esta fuente energética.

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