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El hidrógeno como fuente de energía del futuro
Agenda 2030: ODS nº 7, 9, 11 y 13
"Creo que un día el agua será un carburante, que el hidrógeno y el oxígeno que la constituyen, utilizados solos o conjuntamente, proporcionarán una fuente inagotable de energía y de luz, con una intensidad que el carbón no puede; dado que las reservas de carbón se agotarán, nos calentaremos gracias al agua. El agua será el carbón del futuro".
Julio Verne, La isla misteriosa (1875)
¿Qué es el hidrógeno?
Ya lo dijo el visionario Julio Verne en 1875, el hidrógeno (H2) está llamado a ser el combustible del futuro.
El hidrógeno es el primer elemento químico de la tabla periódica y el más ligero que existe. En condiciones normales se encuentra en estado gaseoso, y es insípido, incoloro e inodoro.
Se encuentra en grandes cantidades, constituyendo aproximadamente el 75 % del planeta azul, pero normalmente está combinado con otros elementos como el oxígeno formando moléculas de agua (H2O) o con carbono formando compuestos orgánicos. Esto hace que el hidrógeno no sea un combustible que pueda conseguirse como tal directamente de la naturaleza, sino que tiene que someterse a procesos para su obtención.
Existen distintos métodos de producción de hidrógeno a partir de diversas materias primas, diferentes fuentes de energía y por medio del uso de varios procedimientos.
Según sean la materia prima y la fuente energética utilizada para producirlo se podrá hablar de procesos (1.-) 100% renovables (se utiliza energía eólica, solar, biomasa u oceánica, es el llamado "Hidrógeno Verde o Renovable"), (2.-) 100% fósiles (el hidrógeno es producido a partir de energía nuclear o combustibles fósiles como el petróleo, el gas natural o el carbón, se le llama "Hidrógeno Gris", lo que conlleva importantes emisiones de CO2) o por medio de (3.-) procesos híbridos.
La industria mundial del hidrógeno produce más de 50 millones de toneladas de H2 al año.
La opción más extendida para producir el hidrógeno verde es la electrólisis del agua impulsada por energía renovable. Por medio de la electrólisis, se descompone del agua (H2O) en oxígeno (O2) e hidrógeno (H2). La electrólisis produce alrededor del 5 % del hidrógeno global.
El gas natural y el carbón, se utiliza para la producción del 95 % restante. La producción de hidrógeno gris supone la emisión de alrededor de 830 millones de toneladas de CO2 al año.
Actualmente no hay producción considerable de hidrógeno a partir de fuentes renovables, aunque en España, ya están en funcionamiento algunas plantas de hidrógeno verde. Sin embargo el coste de producción es un obstáculo que debe ser afrontado de una manera más eficiente .
Un Kilo de hidrógeno puede liberar más energía que un Kilo de cualquier otro combustible (casi el triple que la gasolina o el gas natural), y esa generación de energía producida por el hidrógeno no emite CO2 tan solo vapor de agua como único residuo, por lo que el impacto ambiental es nulo.
Cuando el hidrógeno se produce usando fuentes de energía renovables, los beneficios medioambientales del hidrógeno son obvios: cero emisiones de gases de efecto invernadero.
Una de sus mayores ventajas estriba en que el hidrógeno puede utilizarse como almacenamiento de energía, pero ocupa mucho volumen. Existen diferentes formas de almacenamiento como hidrógeno líquido, gas comprimido, hidruros químicos o metálicos o estructuras de carbono.
La Unión Europa considera que es un combustible clave y el desarrollo de la tecnología es una prioridad para la Comisión. Por ello, se ha convertido en una de las claves de los paquetes de ayuda NextGenEu.
De Gasolineras a Hidrogeneras
Una hidrogenera es una estación de servicio que dispensa hidrógeno en vez de combustibles fósiles. Se trata de un nuevo concepto de dispensación de energía para los vehículos y se pretende que cuando los medios de transporte usen pilas de combustible en sustitución del gasóleo o gasolina puedan surtirse de hidrógeno en estaciones hidrogeneras. Las estaciones de servicio de H2 irán poco a poco reemplazando los combustibles fósiles procedentes del petróleo (por ejemplo gasolina) por hidrógeno.
La infraestructura de hidrogeneras todavía es muy escasa en España y en la UE. La patronal de fabricantes de vehículos, Anfac, y la Asociación de fomento del uso del gas natural y renovable, Gasnam, calculan que España necesita como mínimo, 150 hidrogeneras antes de 2026. En 2021, Naturgy presentó un proyecto para la construcción de 38 estaciones de servicio de hidrógeno en España para 2025. En una segunda fase, Naturgy espera alcanzar las 120 hidrogeneras.
A fecha de esta entrada de blog, finales de octubre de 2023, España cuenta con 11 hidrogeneras en funcionamiento como la de Manoteras (Madrid) o la de Zaragoza y 12 en construcción.
Los vehículos propulsados con hidrógeno están perfeccionando su autonomía y postulándose como alternativa a los coches eléctricos. Sin embargo, no existe un plan nacional definido en cuanto a la producción de hidrógeno verde y cómo se articulará la red de suministro.
En España se comercializan dos modelos propulsados por pila de combustible de hidrógeno, el Hyundai NEXO y el Toyota Mirai. La tecnología de pila de combustible de hidrógeno todavía se encuentra en una fase muy prematura. De hecho, en todo el mundo, solo podemos encontrar tres vehículos de hidrógeno: Hyundai NEXO, Toyota Mirai y Honda Clarity, aunque BNW entre otras ya ha anunciado el nuevo modelo, el BMW i Hidrogen Next.
Se contemplan soluciones alternativas como por ejemplo el repostaje con cartuchos de hidrógeno.
Para que esto sea posible, es necesario desarrollar una cadena de suministro que permita transportarlo y almacenarlo de manera eficiente y sostenible. La última propuesta de Toyota es poner de nuevo en valor una antigua forma de almacenamiento de energía: la bombona, pero en este caso en vez de gas butano, de hidrógeno. La bombona podría alimentar los sistemas de pilas de los vehículos entre otros.
La bombona o cartucho de hidrógeno de Toyota, tiene un formato compacto y ligero, que facilita su transporte y manipulación. Este cartucho también sería adecuado para electrodomésticos portátiles, como lámparas o hornillos. Los cartuchos podrían suministrarse con facilidad por camiones de reparto, tal como se hacía con las bombonas de butano.
Almacenamiento y transporte
Y es que uno de los problemas que plantea el hidrógeno destinado a la automoción es su transporte y almacenamiento. El hidrógeno debe ser comprimido a altas presiones (a partir de 200 bares) para transportarlo en estado gaseoso, su forma óptima. Se están trabajando con otras iniciativas como por ejemplo hacerlo en forma de amoniaco o metanol, compuestos más fáciles de manipular y que son fácilmente convertibles en hidrógeno puro.
El almacenamiento también es complejo ya que por su alta volatilidad debe realizarse en depósitos estancos y muy resistentes y pesados.
Woven City: la ciudad verde del futuro
En la ciudad-laboratorio de Toyota (Woven City que significa "ciudad entrelazada" ya que todo el ecosistema estará conectado e impulsado por hidrógeno), se trabaja para el desarrollo de ciudades sostenibles basadas en el consumo de hidrógeno (transporte, edificios e industria).
La ciudad de 70 hectáreas, estará situada a los pies del Monte Fuji (Japón). Será una ciudad totalmente sostenible, donde la energía solar y la impulsada por pila de combustible de hidrógeno tendrán gran importancia. Se pondrá a prueba, en un entorno real, la convivencia entre el cuidado del medioambiente, la autonomía, la movilidad personal, la robótica y la inteligencia artificial.
Y sí, es que Toyota ha desarrollado una amplia gama de robots que ofrecen servicios a la sociedad, desde la rehabilitación médica o la compañía para personas dependientes o movilidad.
La implantación y uso extensivo del hidrógeno verde, requiere de importantes inversiones. Se estima que harían falta 300.000 millones de USD en los próximos años a nivel mundial para infraestructuras e investigación.
El nuevo informe de la Agencia Internacional de Energía Renovable (IRENA) asegura que podría ser rentable en a partir de 2030, gracias al abaratamiento progresivo de las energías solar y eólica, cuya tendencia de coste decreciente de entre el 40% al 80% en la última década se espera que continúe y por otro lado, IRENA estima que el coste de las instalaciones de hidrógeno pueden decrecer desde un 40% a corto plazo hasta un 80% a largo plazo (Fuente Acciona).
Algunos proyectos de hidrógeno verde en España
Corredor Vasco del Hidrógeno
Destaca entre otros el "Corredor Vasco del Hidrógeno". El Corredor Vasco del Hidrógeno nace con el objetivo de crear un ecosistema del hidrógeno que permita avanzar en la descarbonización de los sectores energético, industrial, residencial y de movilidad, como quedó puesto de manifiesto en su presentación pública el 22 de febrero. Se trata de una iniciativa de Petronor y Repsol, acompañados por 12 instituciones, 13 centros de conocimiento y asociaciones empresariales y 52 empresas, hasta sumar un total de 77 organizaciones con plena capacidad para hacerla realidad a través de decenas de proyectos.
El proyecto parte de la decisión estratégica de Repsol para seguir avanzando en la transición energética con la vista puesta en su objetivo de cero emisiones en el 2050. Petronor ha apostado por convertir a Euskadi en un HUB del hidrógeno.
Tiene prevista una inversión de más de 1.300 millones de euros hasta 2026, generando más de 1.340 puestos de trabajo directos y 6.700 indirectos.
La primera fase consiste en una instalación de una central de producción de hidrógeno de 2 MW de capacidad para alimentar el Parque Tecnológico de Abanto.
La segunda, a desarrollar conjuntamente con Enagás, estará operativa para el año 2024 y se ubicará en el Puerto de Bilbao, con una potencia de 10 MW dedicada a la producción de combustibles sintéticos.
La tercera fase prevista para 2025, tendrá una potencia de 100 MW y servirá para descarbonizar los procesos de Petronor. El plan se completa con una inversión de 50 millones de euros destinados a proyectos de investigación para promocionar el uso de hidrógeno en el sector de la movilidad, ya sea en el transporte de pasajeros o de mercancías, así como variaos proyectos de climatización para edificios comerciales o residenciales.
Reducción de CO2:
1.281.673Toneladas / año
Inversión total:
1.383Millones de euros
Producción de Hidrógeno: 239.679 Toneladas / año
Valle de Hidrógeno de Andalucía
Cepsa pone en marcha en Andalucía un proyecto de hidrógeno verde de Europa con una inversión de 3 mil millones de EUR y una creación prevista de 10 mil nuevos puestos de trabajo.
A través de dos centros, ubicados en Palos de la Frontera (Huelva) y en San Roque (Cádiz), el compromiso de Cepsa es tener una capacidad total de 2GW de electrólisis, o lo que es lo mismo, la generación de un total de 300.000 toneladas de hidrógeno verde en Andalucía.
La planta de Huelva, que se ubicará en terrenos de Cepsa, en las proximidades del Parque Energético de La Rábida, en Palos de la Frontera, se pondrá en marcha en 2026 y alcanzará el máximo de su capacidad en 2028.
La planta del Campo de Gibraltar se instalará dentro del Parque Energético San Roque y estará operativa en 2027.
Valle de Hidrógeno de Aragón
El Corredor del Hidrógeno del Ebro constituirá un nexo de unión entre las infraestructuras desarrolladas en torno al hidrógeno renovable del nordeste de España (País Vasco y Catalunya), e incluirá planes en todos los ámbitos de actuación, desde la producción, al transporte y el almacenamiento.
Dispondrá de una infraestructura capaz de producir hasta 400 MW de hidrógeno verde en 2025. También se incluye la construcción de un prototipo de tren propulsado por hidrógeno verde, un proyecto realizado por la empresa ferroviaria CAF. El objetivo es crear un ecosistema industrial que sirva de referente para la descarbonización de la industria de la zona.
Valle de Hidrógeno de Cataluña
EL proyecto "Valle de Hidrógeno de Cataluña", desarrollado por la Generalitat de Catalunya conjuntamente con la Universitat Rovira i Virgili y en colaboración con Enagás y Repsol, cuenta con la colaboración de un centenar de industrias y entes público-privados.
Incluye un proyecto denominado Green Crane-Tarragona que prevé la producción de hidrógeno verde a gran escala (hasta 50 toneladas por día) para usos industriales, especialmente en el sector químico, así como un plan para abastecer hidrogeneras y una línea destinada a la introducción de hidrógeno en la red de gas natural. Se trabaja además en la instalación de varias plantas de producción de biogás destinadas al aprovechamiento de residuos para producir hidrógeno renovable mediante varias técnicas: pirólisis (descomposición de un compuesto químico por acción de calor) gasificación (aplicación de presión hasta convertirla en un gas) o digestión anaeróbica (sin oxígeno).
Power to Green Hydrogen en Mallorca
Una planta industrial de hidrógeno renovable de España ya está en funcionamiento. Power to Green Hydrogen Mallorca, liderado por Enagás y ACCIONA Energía y en el que participan también IDAE y CEMEX, es el primer proyecto en el Sur de Europa ideado como una planta y a la vez como todo un ecosistema de consumo de hidrógeno verde, una cadena de valor que podría replicarse en otras islas europeas.
Iberdrola en Ciudad Real
Iberdrola ha puesto en marcha la mayor planta de hidrógeno verde para uso industrial en Europa.
La planta de Puertollano (Ciudad Real) está integrada por una planta solar fotovoltaica de 100 MW, un sistema de baterías de ion-litio con una capacidad de almacenamiento de 20 MWh y uno de los mayores sistemas de producción de hidrógeno mediante electrólisis del mundo (20 MW). Todo a partir de fuentes 100 % renovables.
Con una inversión de 150 millones de euros, la iniciativa creará hasta 1.000 puestos de trabajo y evitará emisiones de 48.000 tCO2/año. El hidrógeno verde producido en ella se usará en la fábrica de amoniaco que Fertiberia tiene en la localidad.
Esta es ya una de las fábricas más eficientes de la Unión Europea —con una capacidad de producción superior a las 200.000 t/año—, que la compañía de fertilizantes actualizará y modificará para poder utilizar la producción del hidrógeno verde y, de esta forma, fabricar fertilizantes verdes. Gracias a esta tecnología, podrá reducir en más de un 10 % las necesidades de gas natural en la planta y será la primera compañía europea del sector que desarrolla una experiencia a gran escala de generación de amoníaco verde.