Explorando el Potencial del Hidrógeno Verde en la Transición Energética

Introducción al hidrógeno verde

El hidrógeno, el compuesto químico más común de la tierra, está presente en el 75% de toda la materia. A pesar de esto, raramente lo hallamos aislado, sino acompañado de diferentes elementos químicos, como el oxígeno, creando agua, o el carbono, creando compuestos orgánicos.

Hablamos de hidrógeno verde cuando nos referimos a una variante obtenida sin generar emisiones dañinas, es decir, un hidrógeno sostenible. Este combustible se perfila como el componente energético esencial para lograr la eliminación de carbono en el planeta y cumplir con los objetivos establecidos para 2050 en la batalla contra el cambio climático.

Principales aplicaciones del hidrógeno verde

El hidrógeno verde, el cual se encuentra en un proceso de expansión, está enfocado a utilizarse en tres sectores muy concretos:

¿Cuál es su importancia en la transición energética?

El logro de la independencia energética y la mitigación del cambio climático dependerán en gran medida de la viabilidad del hidrógeno verde, que se anticipa como el factor determinante para alcanzar la total autonomía de las energías renovables para el año 2050.

Financiación de proyectos de hidrógeno y capacidad de electrólisis en millones de megavatios.

Fuente: Gráfico de elaboración propia con fuentes de la Comisión Europea

En el mundo occidental y en Asia, más de 30 naciones están implementando iniciativas para desarrollar catalizadores de hidrógeno y se están llevando a cabo 200 proyectos a gran escala, aunque aún se tiene poca información sobre su papel de cara a años próximos en los continentes más subdesarrollados.

Reducción de emisiones de carbono

El hidrógeno que actualmente se usa en muchos procesos industriales es el conocido como «hidrógeno gris»

Para ilustrar su magnitud, la producción de hidrógeno gris emite 830 millones de toneladas de dióxido de carbono por año, equivalente a las emisiones anuales de CO₂ de las economías de Indonesia y el Reino Unido combinadas. En otras palabras, la generación de este tipo de hidrógeno produce la misma contaminación que dos países con una población conjunta de más de 300 millones de habitantes.

Integración con otras energías renovables

El hidrógeno verde puede abordar uno de los principales desafíos de las energías renovables intermitentes, como la solar (obtenida a través de placas solares) y la eólica: la variabilidad en la generación de energía. Al convertir el exceso de energía renovable en hidrógeno a través de la electrólisis del agua, se puede almacenar de manera eficiente para su uso posterior. Esto permite una gestión más flexible de la energía y la entrega de electricidad cuando la demanda es alta o cuando las condiciones climáticas no favorecen la generación de energía renovable.

Además, integrar el hidrógeno verde con otras energías renovables puede aumentar la estabilidad y la resiliencia del sistema energético. Al tener una variedad de opciones para la generación y almacenamiento de energía, se reducen los riesgos de interrupciones en el suministro y se mejora la capacidad de respuesta frente a eventos climáticos extremos u otras emergencias.

También, la capacidad de generar hidrógeno verde durante períodos de baja demanda y alta generación de energía renovable en el mercado energético (Empujada por comercializadoras punteras como Endesa o Papernest Energía) puede contribuir a una mayor flexibilidad en la operación de la red eléctrica. Esto puede facilitar la integración de una mayor proporción de energía renovable en la red, reduciendo así la dependencia de los combustibles fósiles y ayudando a alcanzar objetivos de reducción de emisiones.

Tecnologías y métodos de producción de hidrógeno verde

Existen múltiples métodos de producción de hidrógeno verde, así como tecnologías para llevarlas a cabo, lo que la vuelve una energía renovable muy atractiva debido a su versatilidad y maleabilidad.

A continuación te compartimos algunas de sus tecnologías y métodos de producción más habituales:

Electrolisis del agua

La electrólisis del agua es un procedimiento que emplea electricidad para separar el agua en hidrógeno y oxígeno. Existen distintos tipos de electrolizadores, como los alcalinos, los de membrana de intercambio de protones (PEM) y los de alta temperatura (SOEC).

Los electrolizadores alcalinos son los más frecuentes y usan una solución alcalina como electrolito. Por otro lado, los electrolizadores PEM utilizan una membrana de intercambio de protones que les permite operar a alta presión y baja temperatura, haciéndolos aptos para aplicaciones móviles y estacionarias.

Por último, los electrolizadores de alta temperatura funcionan a temperaturas superiores a los 700°C y pueden aprovechar el calor residual de otras fuentes, como la energía nuclear o plantas de energía solar concentrada.

Biomasa y biogás

La biomasa y el biogás son materiales orgánicos que pueden transformarse en hidrógeno mediante procesos de gasificación o reformado con vapor.

En la gasificación, la biomasa se calienta a altas temperaturas en ausencia de oxígeno, generando un gas de síntesis que puede reformarse para obtener hidrógeno.

Por otro lado, el reformado con vapor implica la reacción del biogás (principalmente metano) con vapor de agua a alta temperatura para producir una mezcla de hidrógeno y dióxido de carbono, que luego se purifica para obtener hidrógeno puro.

Fotólisis y Fotoelectrólisis

La fotólisis del agua aprovecha la energía solar para descomponer el agua en hidrógeno y oxígeno. En cambio, la fotoelectrólisis implica el empleo de celdas fotoelectroquímicas (PEC), que capturan la luz solar y catalizan la reacción de división del agua.

Actualmente se están desarrollando materiales semiconductores y catalizadores especializados para mejorar la eficiencia y estabilidad de estos sistemas.

Desafíos y barreras en la adopción del hidrógeno verde

El hidrógeno verde se produce mediante la electrólisis del agua y otros procesos con energía renovable y se considera una alternativa a los combustibles fósiles.

Aunque tiene el potencial de reducir las emisiones de carbono y mitigar el cambio climático, su adopción a gran escala enfrenta desafíos significativos. Analizaremos algunos de estos desafíos los cuales dificultan adoptar de forma sencilla el hidrógeno verde como solución en los procesos industriales.

Costos de producción y escalabilidad

Un obstáculo clave para la adopción generalizada del hidrógeno verde es su elevado costo de producción. La electrólisis del agua demanda grandes cantidades de energía renovable, lo que puede ser costoso y poner en peligro la viabilidad económica de esta tecnología.

Para enfrentar este desafío, es crucial recortar los costos de producción del hidrógeno verde mediante la mejora de la eficiencia de los electrolizadores y la optimización de los procesos de producción.

Tecnologías de captura y almacenamiento del hidrógeno

Otro desafío crucial es la carencia de infraestructura adecuada para almacenar y el transporte a través de distribuidoras del hidrógeno verde. A diferencia de los combustibles fósiles, el hidrógeno es un gas altamente volátil y necesita condiciones especiales de almacenamiento y transporte.

Se precisan inversiones considerables para construir una infraestructura sólida capaz de manejar el almacenamiento y la distribución segura del hidrógeno verde a gran escala.

Integración del hidrógeno verde a la red eléctrica

La integración del hidrógeno verde en la red eléctrica actual constituye otro desafío significativo. Dado que la producción de hidrógeno verde depende de la disponibilidad de energía renovable, se deben establecer mecanismos eficaces para equilibrar la oferta y la demanda de energía.

Además, se necesitan inversiones en infraestructura para permitir la inyección de hidrógeno en la red eléctrica y su distribución a los consumidores finales.

La realidad del hidrógeno verde en España

Tanto como fuente de energía para la solar o eólica o como combustible derivado de residuos limpios, las políticas gubernamentales y las inversiones de empresas europeas y españolas están allanando el camino para el hidrógeno.

«En la actualidad, Europa está liderando, ya que se prevé que el hidrógeno representará el 11% de la combinación energética en 2050, impulsado por las políticas que fomentan su producción y uso final», señala Niyigena. Su adopción promete beneficios, como afirma la ministra de Ciencia e Innovación, Diana Morant: «La expectativa en España para los próximos 10 años es que el costo energético disminuirá a medida que el hidrógeno verde se incremente». Pero, como recalca Retuerto del CSIC, «El secreto del éxito radica en la diversificación».

A continuación te mostramos un porcentaje de cara a 2030 en el que España a través de la Hoja de Ruta del hidrógeno prevé englobar su uso del hidrógeno verde:

Fuente: Gráfico de elaboración propia con datos del MITECO

Actualmente, la escasez de proyectos a gran escala en España y su diferencia de costos con otros combustibles obstaculizan el desarrollo técnico y normativo necesario para aprovechar plenamente este potencial. Sin embargo, el hidrógeno renovable será crucial para desplazar otros combustibles y descarbonizar sectores donde la electrificación o la sustitución por energías renovables directas no son viables, como establece la Estrategia a Largo Plazo 2050.

El objetivo es crear un ambiente propicio para el desarrollo y la implementación del hidrógeno renovable como un vector energético clave para el futuro, alrededor de una cadena de valor industrial innovadora y basada en pymes, mediante el respaldo a la transferencia tecnológica y el fomento de nuevas oportunidades para comercializadoras.

España tiene la oportunidad de convertirse en un referente tecnológico en la producción y uso del hidrógeno renovable, liderando un proyecto nacional hacia una economía descarbonizada. Esto se lograría impulsando la cadena de valor del hidrógeno mediante la creación de clústeres tecnológicos y proyectos piloto a nivel regional, promoviendo la innovación industrial, apoyando las regiones en transición justa y ofreciendo energía renovable a precios competitivos para muchos sectores afectando a: El precio de la luz, los procesos industriales masivos, el precio del gas…