Qué es el hidrógeno verde: Energía de hidrógeno

¿Puede el hidrógeno verde mitigar los efectos del cambio climático? Para generar energía de hidrógeno es necesaria previamente energía de origen renovable y en este sentido España cuenta con ventaja para convertirse en el principal productor. El nuevo gasoducto marino entre Barcelona y Marsella llamado BarMar permitirá transportar hidrógeno verde de España al resto de Europa.

Te explicaremos el proceso para producir este combustible verde elaborado con este elemento tan común en la Naturaleza: el hidrógeno.

Qué es el hidrógeno verde y para qué sirve

El hidrógeno verde es un vector energético, combustible protagonista durante la transición energética para conseguir la neutralidad de carbono. El H₂ verde es una energía renovable producido a partir de fuentes de energía solar o eólica.

En 2019 se emitieron 36.400 millones de toneladas de CO₂ a la atmósfera a escala mundial. De acuerdo a Datosmacro, España emitió 231,91 millones de toneladas de dióxido de carbono en 2021. Esto significa un aporte importante de contaminación al ambiente.

Frente a este panorama, los países buscan alternativas en el sector energético como el uso de hidrógeno verde como combustible ligero y reactivo. Se obtiene principalmente a través de electrólisis, que consiste en separar el hidrógeno del oxígeno en el agua para producir una energía limpia y renovable. De esta forma, no se emite dióxido de carbono a la atmósfera.

El hidrógeno tiene diferentes usos:

• Generación de electricidad y agua potable. A través de una reacción química del hidrógeno y el oxígeno en una pila de combustible se obtiene electricidad y agua potable.
• Almacenamiento de energía. En depósitos de hidrógeno comprimido se puede guardar energía durante períodos largos de tiempo.
• Transporte. En proyectos de la Unión Europea, las empresas Hycarus y Cryoplane están trabajando en la implantación de este combustible en aviones de pasajeros.

El hidrógeno es un combustible que puede ser usado en motores de combustión o en células llamadas electroquímicas que impulsan vehículos.

Cómo se produce energía con el hidrógeno renovable

La producción de hidrógeno verde se produce mediante el uso de energía renovable, como la solar o la eólica, para separar el agua en sus componentes de oxígeno e hidrógeno. El hidrógeno se almacena y se puede utilizar como combustible para generar energía mediante celdas de combustible que producen electricidad y agua como únicos subproductos.

Existen diferentes procesos para la producción de hidrógeno:

• Termoquímicos (de combustibles fósiles y biomasa)
• Fotolíticos (mediante energía solar)
• Biológicos (microorganismos: Bacterias, algas…)
• Electrolíticos (agua)

El hidrógeno se puede producir de forma limpia mediante la electrólisis de agua, en la que el agua se separa en oxígeno e hidrógeno mediante una corriente eléctrica o por gasificación de materia orgánica.

Cómo producir hidrógeno a partir del agua

A través del agua se puede obtener hidrógeno y oxígeno mediante el proceso de electrólisis. Consiste en realizar el proceso inverso a la reacción de combustión de hidrógeno.

El hidrógeno verde se obtiene a través de electrólisis a partir de la descomposición de las moléculas de agua (H₂O) en oxígeno (O₂) e hidrógeno (H₂). Este proceso se cumple a través de los siguientes pasos.

1. El agua debe tener sales o minerales para la conducción de electricidad (bicarbonato de sodio o sosa cáustica).
2. Dos electrodos colocados en el agua, conectados a una fuente de energía generan electrólisis.
3. El hidrógeno y el oxígeno se disocian y separan cuando los electrodos atraen hacia sí a los iones de carga opuesta. Burbujas de hidrógeno en forma de gas salen a la superficie en el extremo del cátodo negativo. Gas de oxígeno emerge en el ánodo positivo.
4. Ocurre una reacción oxidación-reducción por efecto de la electricidad o reacción rédox.

Para eso, se necesita un aporte energético suministrado por energía eléctrica. Este es el proceso: en una célula hay dos electrodos unidos por un medio conductor de iones H+ disueltos en agua. Debe pasar la corriente entre el cátodo y el ánodo para que el agua se disocie. De esta forma, se obtiene el hidrógeno en el cátodo y el oxígeno en el ánodo.

Colores del hidrógeno y diferencias: verde, azul, gris, rosa y más

De acuerdo a su composición química, el hidrógeno se identifica con distintos colores que indican cuál es su propósito.

• Verde. Se extrae del agua por electrólisis, por lo que es totalmente libre de contaminantes. Su único residuo es el oxígeno. Es un combustible limpio al ser un hidrógeno producido por fuentes renovables.
• Azul. Proviene del reformado del gas natural como el hidrógeno gris, que filtra el dióxido de carbono para no contaminar la atmósfera.
• Gris. Libera grandes cantidades de dióxido de carbono al ambiente porque viene de los combustibles fósiles a partir del reformado del gas natural.
• Rosa. Se produce en las centrales nucleares a través de electrólisis de agua por energía nuclear.

Por lo tanto el hidrógeno no se considera verde si no proviene de energía limpia.

Cómo se transforma el hidrógeno verde en energía

Para convertir el hidrógeno en energía, se almacena en depósitos específicos y es canalizado hacia una pila de combustible para unirse con el oxígeno procedente del aire y obtener energía eléctrica. Su único residuo es el agua. Lo que significa que todo el proceso es limpio, sin liberar CO₂ a la atmósfera.

Cómo se puede utilizar el hidrógeno como combustible

En la actualidad, el hidrógeno se utiliza para generar calor industrial y como combustible para automóviles, transporte público, trenes, camiones y barcos. A su vez, también se utiliza como combustible para generar electricidad en las viviendas y edificios. También puede ser una fuente eléctrica para las fábricas.

Se emplea ocasionalmente como generador extra de energía en hospitales, en caso de interrumpirse la fuente de suministro principal.

Ventajas y desventajas al utilizar el hidrógeno verde

El uso de la energía de hidrógeno tiene las siguientes ventajas.

• El hidrógeno es un vector energético, ya que permite almacenar energía y usarla cuando se necesita.
• Es un combustible eficiente. En el caso de los cohetes, es capaz de proporcionar el triple de energía por litro que el gas o el diésel.
• Es una fuente de energía versátil. Puede convertirse en electricidad o usarse como combustible. A través de la electrólisis, se realizan complejos procesos industriales.
• Es una energía limpia y potencialmente renovable. No emite CO₂ al ambiente.
• Es una energía verde que actualmente los gobiernos quieren implementar.
• El hidrógeno es un elemento transportable, muy ligero y no tiene ni color ni olor.

Por su parte, entre sus desventajas se encuentran las siguientes.

• Es un combustible inflamable y volátil que debe ser almacenado con precaución.
• Es difícil de almacenar porque requiere de depósitos con alta presión y baja temperatura. Esto hace más complejo su uso en la vida cotidiana.
• Es una fuente de energía con altos costes de producción.
• Necesita de otra fuente de energía para generarse.
• En la actualidad se cuenta con pocas empresas y profesionales con experiencia.

La energía de hidrógeno es el combustible del futuro por su eficiencia y su limpieza al no liberar CO₂ a la atmósfera.

Es un combustible que se está utilizando incluso en la industria aeroespacial. Además, países como Alemania, Francia y Estados Unidos están empezando a desarrollarlo como fuente de combustible para el transporte público y los coches particulares. 

El reto es la disminución de costes que este tipo de energía verde implica en la investigación y aplicación al reemplazar el combustible fósil.

Plantas de hidrógeno en España

Iberdrola cuenta con la mayor planta de hidrógeno verde de Europa para uso industrial de fuentes 100 % renovables. Situada en Puertollano (Ciudad Real) en el Centro de investigación Nacional del Hidrógeno. Dispone de una planta solar fotovoltaica de 100 MW y un sistema de baterías de ion-litio para el almacenamiento de 20 MWh. Es uno de las mayores plantas de producción de hidrógeno sostenible mediante electrólisis del mundo.

El proyecto del Corredor Vasco del Hidrógeno (BH2C) para descarbonizar la industria de la zona, tiene el objetivo de producir hasta 20.000 toneladas de hidrógeno verde al año.

El proyecto de valle del hidrógeno de Cataluña (h2valley), liderado por la Generalitat y la Universitat Rovira i Virgili junto a Repsol y Enagás se dedica a potenciar su uso en la industria. El proyecto Green Crane-Tarragona prevé la producción de hidrógeno verde de hasta 50 toneladas por día para usos industriales, especialmente en el sector químico, aunque también un plan para abastecer hidrogeneras.

El Corredor del Hidrógeno del Ebro situado en Aragón se plantea como una conexión interterritorial entre las infraestructuras regionales del País Vasco y Catalunya. Tiene planes de producción, transporte y almacenamiento, además de una planta industrial para producir hasta 400 MW en 2025 de este combustible verde. La empresa ferroviaria CAF se plantea la construcción de un prototipo de tren propulsado por H₂.

El valle de Escombrera en Cartagena se convertirá gracias a Repsol, Enagás y Engie en un centro de referencia en cuanto a producción de hidrógeno verde. Esta planta ha producido 10 toneladas de hidrógeno renovable a partir de biometano. Se prevee la creación de mil empleos desde el principio y  producir 100 MW.

¿Es mejor transportar hidrógeno o electricidad?

Según el artículo: Análisis de costos de transmisión de electricidad desde parques eólicos marinos por HVDC y sistemas de tuberías de hidrógeno a partir de 740 km es más barata la transmisión de hidrógeno que electricidad.

Recientemente, los parques eólicos marinos están ganando popularidad debido a la alta eficiencia y la alta capacidad de producción de energía anual. Los cables de CC de alto voltaje (HVDC) generalmente se utilizan debido a sus ventajas en comparación con las líneas de CA de alto voltaje (HVAC) con respecto a las pérdidas y el aislamiento de perturbaciones. En este documento, se presenta otra nueva tecnología para transmitir la energía generada en forma de hidrógeno para alimentar las celdas de combustible de membrana de intercambio de protones (PEMFC) en la red. Los sistemas de transmisión HVDC y Hydrogen Pipeline (HPL) necesitan convertidores de electrónica de potencia entre la costa y la costa. Se realizan análisis económicos y de sensibilidad exhaustivos para comparar los dos sistemas de transmisión. El análisis de sensibilidad costo-distancia ilustra que el sistema HPL es menos costoso que el HVDC a distancias mayores de 740 km.