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Hidrógeno: El camino hacia la descarbonización
Categoría: Economía circular en la industria del plásticoContenidos
La descarbonización es uno de los objetivos marcado por países de todo el mundo de cara a 2050 de modo que se alcance un planeta más sostenible y eficiente energéticamente. De este modo, se pretende dar solución a problemas derivados del uso de los combustibles fósiles tales como la emisión de gases contaminantes a la atmosfera como son SOx, NOx, CO2 entre otros y problemas en suministro y precios.
La situación energética actual ha puesto de manifiesto la necesidad de buscar alternativas al gas y petróleo que garanticen una mayor independencia. En plena transición energética el hidrógeno será una pilar importante de cara a poder descarbonizar todas las áreas de la economía, tal como se establece en la hoja de ruta del hidrógeno.
En esta se identifican las prioridades y recursos necesarios, los principales retos en el desarrollo del hidrógeno renovable y las posibles medidas para superarlos, lo que permitirá el despliegue de este vector energético en España. Este documento está alineado con la Estrategia Anual de Crecimiento Sostenible de 2021 publicada por la Comisión Europea y permitirá posicionar a nuestro país como un referente tecnológico para descarbonizar distintos sectores de la economía.
¿Qué es el hidrógeno?El hidrógeno es el elemento más abundante y sencillo del universo. Tiene el potencial de proveer de energía a cualquier medio de transporte, así como a edificios y grandes fábricas. El hidrógeno, no es una energía primaria sino un vector energético. Hay que producirlo a partir de una fuente de energía primaria (preferiblemente renovable) y sirve para transportar y almacenar energía. En el caso de que se utilice electricidad procedente de fuentes renovables,, tenemos hidrógeno verde.
Según los datos de la Agencia Internacional de la Energía (AIE), actualmente se consumen en el mundo unos 70 millones de toneladas de hidrógeno. Se utiliza principalmente como reactivo para varios procesos en el sector químico, tales como la producción de amoníaco y el hidrocraqueo y desulfuración de combustibles. Estas aplicaciones representan el 80% de la demanda global.
Una vez producida, la energía química del hidrógeno puede convertirse en otras formas de energía a través de diferentes rutas, dando lugar al concepto de rutas de valorización Power-to-X. El hidrógeno puede convertirse en electricidad (power-to-power), transformarse en metano y/o inyectarse en el gas natural (power-to-gas), servido como materia prima para el sector químico (power-to-industry), convertido en combustibles, por ejemplo, metanol (power-to-fuels)– o para fines de movilidad (power-to-mobility). A través de estos diferentes enfoques, el hidrógeno permite la integración de energías renovables a gran escala y la generación de energía, actuando como un amortiguador para aumentar la flexibilidad del sistema y ayudar a descarbonizar todos los sectores principales de la economía.
Para 2050, la UE estima que el hidrógeno supondrá un 14% del mix energético, una vez alcance la madurez suficiente y pueda desplegarse a gran escala, superando los retos de la tecnología con respecto a su coste, producción o su distribución limitada a través de la red de gas existente.
¿Qué ventajas tiene el hidrógeno?La utilización de hidrógeno como medio para la transición energética ofrece algunas ventajas, ya que el hidrógeno a diferencia de otros combustible fósiles:
Recursos no renovables o fósiles Están constituidos por gas natural, petróleo, carbón incluido el uranio.
Recursos renovables Comprende la energía solar, eólica, hidráulica, geotérmica y la biomasa.
Energía nuclear Dependiendo del tipo de fuente y el proceso del que se obtiene, el hidrógeno se clasifica en diferentes colores.
Figura 1. Hidrógeno como vector energético. Fuente: Asociación española del hidrógeno, AeH2.
Los procesos químicos para obtener hidrógeno a partir de gas natural o carbón son:
Reformado de vapor: hidrógeno gris Oxidación parcial: hidrógeno gris Reformado autotérmico: hidrógeno gris Gasificación: hidrógeno negro Pirólisis: hidrógeno turquesa Reformado de vapor/gasificación con captura CO2: hidrógeno azul
Electrólisis: con electricidad de red hidrógeno amarillo, renovables (eólica, solar, hidraúlica, biomasa) hidrógeno verde. Reformado de vapor: renovables (eólica, solar, hidraúlica, biomasa) hidrógeno verde. Gasificación biomasa: renovables (eólica, solar, hidraúlica, biomasa) hidrógeno verde.
Electrólisis: hidrógeno morado Ciclos termoquímicos: hidrógeno morado Almacenamiento de hidrógenoEl almacenamiento de hidrógeno eficaz es una necesidad para desarrollar una economía basada en el hidrógeno. Este es uno de los retos principales, ya que el hidrógeno es difícil de almacenar. Como gas tiene el 7% de la densidad del aire y como líquido a -253ºC tienen el 7% de la densidad del agua. Así, dependiendo del uso final del hidrógeno, los sistemas de almacenamiento y las condiciones de los mismos deben variar.
Por un lado, se utilizan sistemas estacionarios de almacenamiento, que pueden emplearse en la generación de energía eléctrica y térmica en el sector residencial, generación descentralizada de electricidad, aplicaciones industriales, etc. En estas aplicaciones, los sistemas de almacenamiento de hidrógeno tienen menos limitaciones en cuanto a superficie ocupada, peso y volumen, necesidad de sistemas auxiliares, etc.
Por el contrario, para su uso en automoción presenta grandes restricciones en cuanto a peso y volumen, existiendo unos límites mínimos de cantidad de hidrógeno almacenado que deben alcanzarse para que los vehículos alcancen autonomías equivalentes a los vehículos convencionales tal como establece el Departamento de Energía de EE. UU. (DOE).
Existen además, otras barreras en cuanto a condiciones de operación y cinética de suministro de hidrógeno, que condicionan su uso combinado con pilas de combustible en automóviles, autobuses, camiones, etc. Es por ello necesario el desarrollo de tecnologías que superen dichas barreras, por ejemplo en mejorar aislamiento, aligeramiento de peso, etc.
Es preciso reseñar que las características del hidrógeno hacen de la seguridad un condicionante principal a la hora de seleccionar un sistema de almacenamiento de hidrógeno. En este sentido, existen diferentes posibilidades que cumplen, en mayor o menor medida, los requisitos para poder trabajar en diferentes situaciones. Estos sistemas de almacenamiento pueden ser:
Proyectos de AIMPLASDesde AIMPLAS queremos dar respuesta a los retos que supone la generación y uso del hidrógeno como combustible renovable y es por ello que trabajamos en diferentes proyectos para atender a las necesidades del sector industrial y así aumentar la posibilidad de aplicación de resultados innovadores obtenidos en las empresas.
Los objetivos que persiguen los diferentes proyectos se basan en:
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El proyecto STORACHE impulsa el vehículo de hidrógeno desarrollando un depósito ligero, resistente y reciclable
AIMPLAS investiga en nuevos materiales para mejorar el almacenamiento de energías renovables
AIMPLAS coordina un proyecto para optimizar la producción de metanol sostenible y reducir las emisiones de dióxido de carbono
- 1 ¿Qué es el hidrógeno?
- 2 ¿Qué ventajas tiene el hidrógeno?
- 3 Tipos de producción de hidrógeno
- 3.1 Recursos no renovables o fósiles
- 3.2 Recursos renovables
- 3.3 Energía nuclear
- 3.3.1 A partir de recursos fósiles
- 3.3.2 A partir de recursos renovables
- 3.3.3 A partir de energía nuclear
- 4 Almacenamiento de hidrógeno
- 5 Proyectos de AIMPLAS
La descarbonización es uno de los objetivos marcado por países de todo el mundo de cara a 2050 de modo que se alcance un planeta más sostenible y eficiente energéticamente. De este modo, se pretende dar solución a problemas derivados del uso de los combustibles fósiles tales como la emisión de gases contaminantes a la atmosfera como son SOx, NOx, CO2 entre otros y problemas en suministro y precios.
La situación energética actual ha puesto de manifiesto la necesidad de buscar alternativas al gas y petróleo que garanticen una mayor independencia. En plena transición energética el hidrógeno será una pilar importante de cara a poder descarbonizar todas las áreas de la economía, tal como se establece en la hoja de ruta del hidrógeno.
En esta se identifican las prioridades y recursos necesarios, los principales retos en el desarrollo del hidrógeno renovable y las posibles medidas para superarlos, lo que permitirá el despliegue de este vector energético en España. Este documento está alineado con la Estrategia Anual de Crecimiento Sostenible de 2021 publicada por la Comisión Europea y permitirá posicionar a nuestro país como un referente tecnológico para descarbonizar distintos sectores de la economía.
¿Qué es el hidrógeno?El hidrógeno es el elemento más abundante y sencillo del universo. Tiene el potencial de proveer de energía a cualquier medio de transporte, así como a edificios y grandes fábricas. El hidrógeno, no es una energía primaria sino un vector energético. Hay que producirlo a partir de una fuente de energía primaria (preferiblemente renovable) y sirve para transportar y almacenar energía. En el caso de que se utilice electricidad procedente de fuentes renovables,, tenemos hidrógeno verde.
Según los datos de la Agencia Internacional de la Energía (AIE), actualmente se consumen en el mundo unos 70 millones de toneladas de hidrógeno. Se utiliza principalmente como reactivo para varios procesos en el sector químico, tales como la producción de amoníaco y el hidrocraqueo y desulfuración de combustibles. Estas aplicaciones representan el 80% de la demanda global.
Una vez producida, la energía química del hidrógeno puede convertirse en otras formas de energía a través de diferentes rutas, dando lugar al concepto de rutas de valorización Power-to-X. El hidrógeno puede convertirse en electricidad (power-to-power), transformarse en metano y/o inyectarse en el gas natural (power-to-gas), servido como materia prima para el sector químico (power-to-industry), convertido en combustibles, por ejemplo, metanol (power-to-fuels)– o para fines de movilidad (power-to-mobility). A través de estos diferentes enfoques, el hidrógeno permite la integración de energías renovables a gran escala y la generación de energía, actuando como un amortiguador para aumentar la flexibilidad del sistema y ayudar a descarbonizar todos los sectores principales de la economía.
Para 2050, la UE estima que el hidrógeno supondrá un 14% del mix energético, una vez alcance la madurez suficiente y pueda desplegarse a gran escala, superando los retos de la tecnología con respecto a su coste, producción o su distribución limitada a través de la red de gas existente.
¿Qué ventajas tiene el hidrógeno?La utilización de hidrógeno como medio para la transición energética ofrece algunas ventajas, ya que el hidrógeno a diferencia de otros combustible fósiles:
- No produce emisiones de CO2
- Posee una alta densidad energética por unidad de masa
- Requiere una baja energía de activación
- Es extremadamente volátil
- No tóxico
- Posee un alto límite inferior de inflamabilidad y detonación y unaalta temperatura de combustión espontánea
- Es muy seguro en espacios abiertos
Figura 1. Hidrógeno como vector energético. Fuente: Asociación española del hidrógeno, AeH2.
- A partir de recursos fósiles
Los procesos químicos para obtener hidrógeno a partir de gas natural o carbón son:
- A partir de recursos renovables
- A partir de energía nuclear
Por un lado, se utilizan sistemas estacionarios de almacenamiento, que pueden emplearse en la generación de energía eléctrica y térmica en el sector residencial, generación descentralizada de electricidad, aplicaciones industriales, etc. En estas aplicaciones, los sistemas de almacenamiento de hidrógeno tienen menos limitaciones en cuanto a superficie ocupada, peso y volumen, necesidad de sistemas auxiliares, etc.
Por el contrario, para su uso en automoción presenta grandes restricciones en cuanto a peso y volumen, existiendo unos límites mínimos de cantidad de hidrógeno almacenado que deben alcanzarse para que los vehículos alcancen autonomías equivalentes a los vehículos convencionales tal como establece el Departamento de Energía de EE. UU. (DOE).
Existen además, otras barreras en cuanto a condiciones de operación y cinética de suministro de hidrógeno, que condicionan su uso combinado con pilas de combustible en automóviles, autobuses, camiones, etc. Es por ello necesario el desarrollo de tecnologías que superen dichas barreras, por ejemplo en mejorar aislamiento, aligeramiento de peso, etc.
Es preciso reseñar que las características del hidrógeno hacen de la seguridad un condicionante principal a la hora de seleccionar un sistema de almacenamiento de hidrógeno. En este sentido, existen diferentes posibilidades que cumplen, en mayor o menor medida, los requisitos para poder trabajar en diferentes situaciones. Estos sistemas de almacenamiento pueden ser:
- gas a presión
- líquido (almacenamiento criogénico)
- hidruros metálicos
- polímeros porosos como, carbón activado, grafito, zeolitas, MOF, COF, etc.
- en forma de compuestos químico (NH3, tolueno, etc.)
- en microesferas de vidrio
Proyectos de AIMPLASDesde AIMPLAS queremos dar respuesta a los retos que supone la generación y uso del hidrógeno como combustible renovable y es por ello que trabajamos en diferentes proyectos para atender a las necesidades del sector industrial y así aumentar la posibilidad de aplicación de resultados innovadores obtenidos en las empresas.
Los objetivos que persiguen los diferentes proyectos se basan en:
- Evaluación de vectores energéticos alternativos a los de origen fósil a partir de residuos
- Obtención de hidrógeno selectiva mediante procesos de tratamiento termoquímicos asistidos por catalizadores.
- Diseño y modificación de materiales poliméricos y nanoporosos para almacenar eficientemente diversos vectores energéticos mejorando peso y permeabilidad.
- Diseño de materiales poliméricos y porosos para mejorar el aislamiento y aligeramiento para tanques de hidrógeno líquido.
- Estudio de viabilidad de los desarrollos llevados a cabo para la generación de hidrógeno mediante valorización de residuos plásticos complejos.
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Fecha publicación: 21/12/2022
Fuente: AIMPLAS - Blog
