L’hidrogen verd pot mitigar els efectes del canvi climàtic? Per generar energia d’hidrogen cal prèviament energia d’origen renovable i en aquest sentit Catalunya i Espanya compten amb avantatge per convertir-se en els principals productors. El nou gasoducte marí entre Barcelona i Marsella anomenat BarMar permetrà de transportar hidrogen verd de Catalunya a la resta d’Europa.
T’explicarem el procés per produir aquest combustible verd elaborat amb aquest element tan comú a la Natura: l’hidrogen.
Índex
- 1 Què és l’hidrogen verd i per a què serveix
- 2 Com es produeix energia amb l’hidrogen renovable
- 3 Com produir hidrogen a partir de l’aigua
- 4 Colors de l’hidrogen i diferències: verd, blau, gris, rosa i més
- 5 Com es transforma l’hidrogen verd en energia
- 6 Com es pot utilitzar l’hidrogen com a combustible
- 7 Avantatges i desavantatges en utilitzar l’hidrogen verd
- 8 Plantes d’hidrogen a Catalunya i Espanya
- 9 És millor transportar hidrogen o electricitat?
Què és l’hidrogen verd i per a què serveix
L’hidrogen és un vector energètic, combustible protagonista durant la transició energètica per aconseguir la neutralitat de carboni. L’hidrogen verd és una energia renovable produïda a partir de fonts d’energia solar o eòlica.
El 2019 es van emetre 36.400 milions de tones de CO₂ a l’atmosfera a escala mundial. D’acord amb Datosmacro, Espanya va emetre 231,91 milions de tones de diòxid de carboni el 2021. Això significa una aportació important de contaminació a l’ambient.
Davant d’aquest panorama, els països busquen alternatives al sector energètic com l’ús d’hidrogen verd com a combustible lleuger i reactiu. S’obté principalment a través d’electròlisi, que consisteix a separar l’hidrogen de l’oxigen a l’aigua per produir una energia neta i renovable. D’aquesta manera no s’emet diòxid de carboni a l’atmosfera.
L’hidrogen té diferents usos:
- Generació d’electricitat i aigua potable. A través d’una reacció química de l’hidrogen i l’oxigen a una pila de combustible s’obté electricitat i aigua potable.
- Emmagatzematge d’energia. En dipòsits d’hidrogen comprimit es pot desar energia durant períodes llargs de temps.
- Transport. En projectes de la Unió Europea, les empreses Hycarus i Cryoplane estan treballant en la implantació d’aquest combustible a avions de passatgers.
L’hidrogen és un combustible que pot ser usat en motors de combustió o en cèl·lules anomenades electroquímiques que impulsen vehicles.
Com es produeix energia amb l’hidrogen renovable
La producció d’hidrogen verd es produeix mitjançant l’ús d’energia renovable, com la solar o l’eòlica, per separar l’aigua als components d’oxigen i hidrogen. L’hidrogen s’emmagatzema i es pot utilitzar com a combustible per generar energia mitjançant cel·les de combustible que produeixen electricitat i aigua com a únics subproductes.
Hi ha diferents processos per a la producció d’hidrogen:
- Termoquímics (de combustibles fòssils i biomassa)
- Fotolítics (mitjançant energia solar)
- Biològics (microorganismes: Bacteris, algues…)
- Electrolítics (aigua)
L’hidrogen es pot produir de forma neta mitjançant l’electròlisi d’aigua, on l’aigua se separa en oxigen i hidrogen mitjançant un corrent elèctric o per gasificació de matèria orgànica.
Com produir hidrogen a partir de l’aigua
A través de l’aigua es pot obtenir hidrogen i oxigen mitjançant el procés d’electròlisi. Consisteix a fer el procés invers a la reacció de combustió d’hidrogen.
L’hidrogen verd s’obté mitjançant electròlisi a partir de la descomposició de les molècules d’aigua (H₂O) en oxigen (O₂) i hidrogen (H₂). Aquest procés es compleix a través dels passos següents.
- L’aigua ha de tenir sals o minerals per a la conducció d’electricitat (bicarbonat de sodi o sosa càustica).
- Dos elèctrodes col·locats a l’aigua, connectats a una font d’energia generen electròlisi.
- L’hidrogen i l’oxigen es dissocien i separen quan els elèctrodes atrauen cap a si mateixos els ions de càrrega oposada. Bombolles d’hidrogen en forma de gas surten a la superfície a l’extrem del càtode negatiu. Gas d’oxigen emergeix a l’ànode positiu.
- Ocorre una reacció oxidació-reducció per efecte de l’electricitat o reacció rèdox.
Per això, cal una aportació energètica subministrada per energia elèctrica. Aquest és el procés: en una cèl·lula hi ha dos elèctrodes units per un medi conductor d’ions H+ dissolts en aigua. Heu de passar el corrent entre el càtode i l’ànode perquè l’aigua es dissociï. D’aquesta manera, s’obté l’hidrogen al càtode i l’oxigen a l’ànode.
Colors de l’hidrogen i diferències: verd, blau, gris, rosa i més
D’acord amb la composició química, l’hidrogen s’identifica amb diferents colors que indiquen quin és el seu propòsit.
- Verd: S’extreu de l’aigua per electròlisi, per la qual cosa és totalment lliure de contaminants. L’únic residu és l’oxigen. És un combustible net en ser un hidrogen produït per fonts renovables.
- Blau: Prové del reformat del gas natural com l’hidrogen gris, que filtra el diòxid de carboni per no contaminar l’atmosfera.
- Gris: Allibera grans quantitats de diòxid de carboni a l’ambient perquè ve dels combustibles fòssils a partir del reformat del gas natural.
- Rosa: Es produeix a les centrals nuclears a través d’electròlisi d’aigua per energia nuclear.
Per tant, l’hidrogen no es considera verd si no prové d’energia neta.
Com es transforma l’hidrogen verd en energia
Per convertir l’hidrogen en energia, s’emmagatzema en dipòsits específics i es canalitza cap a una pila de combustible per unir-se amb l’oxigen procedent de l’aire i obtenir energia elèctrica. L’únic residu és l’aigua. Això significa que tot el procés és net, sense alliberar CO₂ a l’atmosfera.
Com es pot utilitzar l’hidrogen com a combustible
Actualment, l’hidrogen s’utilitza per generar calor industrial i com a combustible per a automòbils, transport públic, trens, camions i vaixells. Alhora, també s’utilitza com a combustible per generar electricitat als habitatges i edificis. També pot ser una font elèctrica per a les fàbriques.
S’utilitza ocasionalment com a generador extra d’energia a hospitals, en cas d’interrompre’s la font de subministrament principal.
Avantatges i desavantatges en utilitzar l’hidrogen verd
L’ús de l’energia d’hidrogen té els avantatges següents.
- L’hidrogen és un vector energètic, ja que permet emmagatzemar energia i fer-la servir quan es necessita.
- És un combustible eficient. En el cas dels coets, és capaç de proporcionar el triple d’energia per litre que el gas o el dièsel.
- És una font d’energia versàtil. Es pot convertir en electricitat o fer-se servir com a combustible. A través de l’electròlisi, es fan complexos processos industrials.
- És una energia neta i potencialment renovable. No emet CO₂ a l’ambient.
- És una energia verda que actualment els governs volen implementar.
- L’hidrogen és un element transportable, molt lleuger i no té ni color ni olor.
Per la seva banda, entre els seus desavantatges hi ha els següents.
- És un combustible inflamable i volàtil que cal emmagatzemar amb precaució.
- És difícil d’emmagatzemar perquè requereix dipòsits amb alta pressió i baixa temperatura. Això fa més complex el seu ús a la vida quotidiana.
- És una font d’energia amb alts costos de producció.
- Necessita una altra font d’energia per generar-se.
- Actualment es compta amb poques empreses i professionals amb experiència.
L’energia d’hidrogen és el combustible del futur per la seva eficiència i neteja perquè no allibera CO₂ a l’atmosfera.
És un combustible que s’està utilitzant fins i tot a la indústria aeroespacial. A més, països com Alemanya, França i els Estats Units estan començant a desenvolupar-lo com a font de combustible per al transport públic i els cotxes particulars.
El repte és la disminució de costos que aquest tipus d’energia verda implica en la investigació i l’aplicació en reemplaçar el combustible fòssil.
Plantes d’hidrogen a Catalunya i Espanya
Iberdrola compta amb la planta d’hidrogen verda més gran d’Europa per a ús industrial de fonts 100% renovables. Situada a Puertollano (Ciudad Real) al Centre de recerca Nacional de l’Hidrogen. Disposa d’una planta solar fotovoltaica de 100 MW i un sistema de bateries de ion-liti per a l’emmagatzematge de 20 MWh. És una de les plantes de producció d’hidrogen sostenible més grans mitjançant electròlisi del món.
El projecte del Corredor Basc de l’Hidrogen (BH2C) per descarbonitzar la indústria de la zona té l’objectiu de produir fins a 20.000 tones d’hidrogen verd a l’any.
El projecte de vall de l’hidrogen de Catalunya (h2valley), liderat per la Generalitat i la Universitat Rovira i Virgili juntament amb Repsol i Enagás es dedica a potenciar-ne l’ús a la indústria. El projecte Green Crane-Tarragona preveu la producció d’hidrogen verd de fins a 50 tones per dia per a usos industrials, especialment al sector químic, encara que també un pla per abastir hidrogeneres.
El Corredor de l’Hidrogen de l’Ebre situat a Aragó es planteja com a connexió interterritorial entre les infraestructures regionals del País Basc i Catalunya. Té plans de producció, transport i emmagatzematge, a més d’una planta industrial per produir fins a 400 MW el 2025 d’aquest combustible verd. L’empresa ferroviària CAF planteja la construcció d’un prototip de tren propulsat per H₂.
La vall d’Escombrera a Cartagena es convertirà gràcies a Repsol, Enagás i Engie en un centre de referència quant a producció d’hidrogen verd. Aquesta planta ha produït deu tones d’hidrogen renovable a partir de biometà. Es preveu la creació de mil llocs de treball des del principi i produir 100 MW.
És millor transportar hidrogen o electricitat?
Segons l’article: Anàlisi de costos de transmissió d’electricitat des de parcs eòlics marins per HVDC i sistemes de canonades d’hidrogen a partir de 740 km és més barata la transmissió d’hidrogen que electricitat.
Recentment, els parcs eòlics marins guanyen popularitat a causa de l’alta eficiència i l’alta capacitat de producció d’energia anual. Els cables de CC d’alt voltatge (HVDC) generalment s’utilitzen a causa dels seus avantatges en comparació de les línies de CA d’alt voltatge (HVAC) pel que fa a les pèrdues i l’aïllament de pertorbacions. En aquest document, es presenta una altra tecnologia nova per transmetre l’energia generada en forma d’hidrogen per alimentar les cel·les de combustible de membrana d’intercanvi de protons (PEMFC) a la xarxa. Els sistemes de transmissió HVDC i Hydrogen Pipeline (HPL) necessiten convertidors electrònics de potència entre la costa i la costa. Es fan anàlisis econòmiques i de sensibilitat exhaustives per comparar els dos sistemes de transmissió.
