Hidrógeno: el futuro de la energía limpia a gran escala
El hidrógeno es ligero, almacenable, consume mucha energía y no produce emisiones directas de carbono ni gases de efecto invernadero (GEI). Sectores como el refinado de suelos, la producción de amoníaco, la producción de metanol y la producción de acero utilizan ampliamente el hidrógeno. Es probable que el hidrógeno desempeñe un papel crucial en la transición a la energía limpia con un aumento de su uso en sectores como el transporte, la construcción y la generación de energía. El interés en el uso de la tecnología del hidrógeno está aumentando en una serie de segmentos especializados del mercado del transporte, además de en otras aplicaciones. En el corto y mediano plazo, la tecnología del hidrógeno podría usarse para reemplazar el gas natural comprimido (GNC) en algunas áreas con cambios menores en la infraestructura existente.
Los países de todo el mundo se esfuerzan por acelerar el desarrollo y el uso de la tecnología del hidrógeno para abordar las preocupaciones ambientales y mejorar la seguridad energética. La tecnología del hidrógeno tiene la capacidad de servir como medio de almacenamiento de energía limpia a gran escala y a largo plazo que ayuda a la generación de energía a partir de fuentes renovables. Sin embargo, formular una transición rentable y bien regulada es una cuestión compleja, y el costo de producir hidrógeno a partir de fuentes de energía renovables es actualmente elevado.
Un informe reciente Investigación temática: Hidrógeno publicado por GlobalData, una empresa líder en análisis y datos, revela que el hidrógeno tiene la capacidad de ayudar en la producción de energía variable a partir de fuentes de energía renovables como la solar fotovoltaica (PV) y la eólica. La disponibilidad de estas fuentes no siempre es igual a la demanda de energía. El hidrógeno es una de las principales alternativas para el almacenamiento de energía procedente de energías renovables y parece ser la alternativa de menor coste para almacenar grandes cantidades de electricidad durante días, semanas y meses. El almacenamiento de combustible de hidrógeno puede realizarse durante largos períodos y en cantidades limitadas únicamente por el tamaño de las instalaciones de almacenamiento.
El hidrógeno se puede producir a partir de una amplia variedad de combustibles, como las energías renovables, la nuclear, el gas natural, el carbón y el petróleo. El transporte de hidrógeno como gas se realiza a través de gasoductos y en forma líquida a través de barcos, de forma similar al gas natural licuado (GNL). Una vez que el hidrógeno se transforma en electricidad y metano, puede utilizarse para alimentar hogares y alimentar a la industria y convertirse en combustibles para los sectores del transporte por carretera (automóviles, camiones), marítimo (barcos), ferroviario y de aviación.
El hidrógeno encuentra aplicación en diversos sectores, como la construcción, la industria, la energía, el transporte y el refinado. La industria mundial de la construcción representa el 30% del uso final de energía, y casi las tres cuartas partes se utilizan para calefacción, producción de agua caliente y cocina. El papel del hidrógeno como fuente de energía es limitado en la industria de la construcción mundial actual. Sin embargo, su uso en numerosas áreas está bajo evaluación. Actualmente, varios proyectos de demostración están evaluando la combinación de hidrógeno con la red de gas natural.
En el Reino Unido, se está llevando a cabo un innovador proyecto de prueba de hidrógeno (HyDeploy) en la Universidad de Keele. El proyecto piloto de £7 millones está dirigido por Cadent en asociación con Northern Gas Networks (NGN), la Universidad de Keele, la División Científica del Ejecutivo de Salud y Seguridad (HSE), ITM-Power y Progressive Energy. La inyección de hidrógeno sin emisiones de carbono (20 % de hidrógeno en volumen) en la red de gas de la Universidad de Keele está alimentando aproximadamente 100 casas y 30 edificios de facultades.
Actualmente, en la industria energética, el hidrógeno juega un papel mínimo y representa menos del 0,2% de la generación eléctrica. Esto se debe principalmente al uso de gases provenientes del sector siderúrgico, plantas petroquímicas y refinerías. Pero es posible que se produzca un cambio en el futuro próximo. La co-combustión con una parte de amoníaco puede disminuir el impacto del carbono en las centrales eléctricas convencionales alimentadas con carbón, las turbinas de gas de hidrógeno y las turbinas de gas de ciclo combinado (CCGT), que pueden ser una fuente de flexibilidad del sistema energético con una proporción cada vez mayor de gas variable. fuentes de energía renovables. Cuando se trata de almacenamiento de energía a largo plazo y a gran escala, el hidrógeno (en forma de gas comprimido, amoníaco (NH3) o metano sintético tiene un papel que desempeñar para equilibrar las variaciones estacionales en el suministro y la demanda de electricidad de fuentes de energía renovables.
Desde hace mucho tiempo se habla del gas hidrógeno como potencial combustible para el transporte. Sirve como sustituto bajo en carbono del gas natural y los productos refinados del petróleo, además de complementar alternativas como la electricidad y los biocombustibles avanzados. Los vehículos eléctricos de pila de combustible (FCEV) propulsados por hidrógeno son más eficientes en comparación con los vehículos convencionales, ya que no generan emisiones de escape y solo emiten vapor de agua y aire caliente. La conversión de hidrógeno en combustibles a base de hidrógeno, como metano sintético, metanol y amoníaco, y combustibles líquidos sintéticos encuentra una variedad de aplicaciones en el sector del transporte en forma de combustible sintético para aviones) y para el transporte marítimo (como amoníaco).
Muchos países tienen planes en marcha para introducir trenes de hidrógeno. En Alemania se está utilizando cada vez más el ferrocarril propulsado por pilas de combustible de hidrógeno. En septiembre de 2018, el país instaló el primer tren del mundo propulsado por hidrógeno, Coradia iLint, en Baja Sajonia, Alemania. Los dos trenes iLint de preserie construidos por Alstom ya están operativos entre las ciudades alemanas de Cuxhaven, Bremerhaven, Bremervörde y Buxtehude. Alstom también planea entregar otros 14 trenes propulsados por hidrógeno a Alemania hasta 2021.
En mayo de 2019, Alstom anunció que suministraría 27 trenes Coradia iLint a fahma, filial de la red de transporte público alemana Rhein-Main-Verkehrsverbund (RMV). Se espera que a partir de 2022 los trenes de pila de combustible circulen en cuatro líneas ferroviarias regionales de la región alemana de Taunus. El pedido también incluye el suministro de hidrógeno, el mantenimiento y la oferta de capacidades de reserva para los próximos 25 años. Alstom también está probando trenes Coradia iLint en los Países Bajos, siendo su primer proyecto piloto Coradia iLint fuera de Alemania. El 6 de marzo, Alstom completó con éxito diez días de pruebas del tren de pasajeros con pila de combustible de hidrógeno Coradia iLint.
El sector de la aviación está considerando las pilas de combustible de hidrógeno como sustituto del sistema de propulsión de los aviones convencionales. Estas pilas de combustible de hidrógeno ofrecen un transporte sin emisiones, siendo el calor y el agua los únicos subproductos.
Los productos derivados del petróleo dominan actualmente la industria naviera, y los buques marinos propulsados por pilas de combustible de hidrógeno aún se encuentran en la fase inicial de diseño o en etapas de prueba y sus aplicaciones se limitan a buques de pasajeros, transbordadores y embarcaciones de recreo más pequeños. En 2019, la compañía naviera belga Compagnie Maritime Belge (CMB) participó en una asociación con el puerto de Amberes para presentar el primer remolcador Hydrotug propulsado por hidrógeno del mundo. El Hydrotug estará propulsado por motores de combustión que funcionan con combustible dual hidrógeno-diésel. Se espera que la construcción del Hydrotug comience en breve y esté en funcionamiento dentro de dos años.
Los vehículos eléctricos de pila de combustible (FCEV) funcionan con hidrógeno. Los automóviles constituyen una gran parte de los vehículos propulsados por pilas de combustible utilizados en el transporte por carretera. Sólo Estados Unidos tiene más de 7.500 automóviles de pila de combustible en sus carreteras y más de 40 estaciones de servicio de hidrógeno disponibles públicamente. La mayoría de los FCEV para turismos son fabricados por Toyota, Hyundai y Honda. Mercedes Benz también logró un hito importante con el lanzamiento de su vehículo GLC F-CELL, un híbrido enchufable especial con pila de combustible. Mientras tanto, Toyota anunció un objetivo de 30.000 FCEV anualmente después de 2020, de aproximadamente 3.000. A través de su FCEV Vision 2030, Hyundai pretende aumentar la producción de su sistema de pila de combustible a 700.000 unidades anuales para 2030, incluido el 70% (500.000 unidades) para FCEV.
El vehículo biplaza Rasa, impulsado por hidrógeno, del fabricante británico de automóviles de hidrógeno Riversimple, también se está sometiendo a pruebas (pruebas beta) en las calles del Reino Unido. Algunas empresas como SAIC Motor, Great Wall Motors y BAIC Group han acelerado sus intentos de desarrollar y producir FCEV, que se consideran soluciones más limpias y libres de emisiones para el sector automotriz. Una nueva empresa china, Grove Hydrogen Automotive Co, lanzó un nuevo concepto de automóvil con pila de combustible de hidrógeno en el Salón del Automóvil de Shanghai 2019. Esto podría convertir a los vehículos con pila de combustible en el próximo gran avance en el mercado de vehículos eléctricos de China.
Varios autobuses eléctricos de pila de combustible (FCEB) se encuentran en fase de producción o en reserva para los próximos cinco años, principalmente en China. En su mayoría, las medidas respaldadas por los gobiernos refuerzan directamente estos pedidos, como la Empresa Conjunta de Pilas de Combustible e Hidrógeno (FCH-JU) en Europa y el Programa Nacional de Autobuses de Pila de Combustible (NFCBP) en Estados Unidos. En la República de Corea, una asociación público-privada (APP) planea implementar 1.000 FCEB para 2022 en su camino hacia el objetivo de 40.000 para 2040. En el Reino Unido, una flota de ocho autobuses de hidrógeno ha estado operativa en el calles concurridas de Londres (seis años en la ruta RV1) hasta hace poco. Los autobuses de hidrógeno siguen funcionando en la ruta de autobús 444 de Londres. También se espera que los primeros autobuses de hidrógeno de dos pisos del Reino Unido lleguen a las calles de Aberdeen en los próximos meses.
Los principales fabricantes de camiones propulsados por hidrógeno incluyen Hyundai, Scania, Toyota, Volkswagen, Daimler y Groupe PSA. Estos fabricantes establecidos están presentando modelos, al igual que Nikola Motor Company, una startup de vehículos eléctricos fundada hace cinco años. Hyundai y Nikola están avanzando en cuanto a sus pedidos. En septiembre de 2019, Hyundai Hydrogen Mobility (HHM), la empresa conjunta (JV) entre Hyundai Motor Company y H2 Energy, se asoció con Hydrospider, una empresa conjunta entre H2Energy, Alpiq y Linde, para mejorar el entorno del hidrógeno verde en Suiza y otros países. en Europa en el futuro.
El hidrotratamiento y el hidrocraqueo se encuentran entre los principales procesos que consumen hidrógeno en el sector de las refinerías. Estados Unidos, China y Europa son los mayores consumidores de hidrógeno en el sector de las refinerías y representan aproximadamente la mitad del consumo total (total) de hidrógeno en las refinerías. Esto indica la cantidad de petróleo crudo que procesan y la rigidez de los estándares de calidad del producto.
Actualmente, las aplicaciones emergentes del hidrógeno no son rentables. Según California Fuel Cell Partnership, que es una asociación público-privada que promueve los vehículos de hidrógeno en California, los precios del combustible de hidrógeno varían de $12,85/kg a más de $16/kg, y el precio promedio es de $13,99/kg (que corresponde a un precio por base energética de $5.60 por galón de gasolina), eso equivale a un costo operativo de aproximadamente $0.21/milla. Si bien se desconoce el precio futuro del combustible de hidrógeno, el Laboratorio Nacional de Energías Renovables (NREL) calcula que los precios del combustible de hidrógeno podrían caer de 10 a 8 dólares por kg durante el período 2020-2025.
“El hidrógeno se convertirá en una fuente de energía más limpia a escala masiva” fue creado y publicado originalmente por Power Technology, una marca propiedad de GlobalData.
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