Introducción

El hidrógeno, H₂, es la molécula diatómica más presente en el planeta. El átomo de hidrógeno es el elemento más sencillo de la tabla periódica, con solo un electrón y un poder calorífico del orden de 3 veces al de los combustibles fósiles convencionales.

Aunque el hidrógeno tiene un poder calorífico elevado y unas características como combustible muy aptas, no se ha contemplado como una alternativa clara al resto de combustibles fósiles, principalmente por dos motivos.

• Por un lado, el proceso de producción de hidrógeno no era económicamente rentable.
• Por otro, la posterior combustión del hidrógeno en su utilización como combustible es muy inestable, y ha tardado tiempo en desarrollarse sistemas de control que aumenten la seguridad del proceso.

Tipos de hidrógeno

Actualmente en la industria, uno de los métodos de clasificación del hidrógeno, es en base a su proceso de producción. A continuación, se describen los tres procesos de producción de hidrógeno.

• Hidrógeno gris. Es el que se produce a partir del procesado de gas natural. Tiene el inconveniente de generar emisiones de CO₂ asociadas al proceso, las cuales se emiten directamente a la atmósfera.
• Hidrógeno azul. Se obtiene el hidrógeno a partir del gas natural, al igual que ocurría en el proceso de hidrógeno gris comentado. La diferencia con dicho proceso, es que parte del CO₂ emitido se almacena con fines de pos-procesamiento.
• Hidrógeno verde. Se obtiene el hidrógeno a partir de un proceso de electrolisis del agua. En la separación de la molécula de agua, H₂O, se almacena el hidrógeno por un lado y se emite oxígeno por otro. Para alimentar el electrolizador se precisa de energía eléctrica. La electricidad demandada por el proceso puede provenir de fuente de origen renovable o de la red eléctrica de transporte y distribución. Comentar que, si el proceso de producción de hidrógeno verde es alimentado en su totalidad por energía de origen renovable, como podría ser el caso de una planta fotovoltaica o un parque eólico, en cuyo caso se habla de “hidrógeno súper verde”.

Producción de hidrógeno verde

Como se ha comentado, la producción de hidrógeno verde se realiza a partir de la descomposición de la molécula de agua mediante un proceso de electrolisis. A continuación, se describe brevemente dicho proceso.

• Obtención de la energía eléctrica verde. La electricidad demandada en el proceso de producción del hidrógeno verde es obtenida a partir de una o varias fuentes de energía renovables, como pueden ser la fotovoltaica, eólica, biomasa, etc… Aunque las primeras plantas de hidrógeno verde que se están desarrollando emplean energía fotovoltaica. La energía fotovoltaica tiene una gran cantidad de efectos positivos asociados, sin embargo, solo es extraíble en horas solares, con lo que el resto de horas hay que obtener la electricidad necesaria directamente de la red eléctrica.
• Electrolisis del agua. Los electrolizadores son dispositivos que son capaces de descomponer la molécula de agua, H₂O, y separar el hidrógeno y el oxígeno que la integran. A través de un cátodo (cargado negativamente) y un ánodo (cargado positivamente) se genera una diferencia de potencial, atrayendo cada uno los iones de carga opuesta.

2H₂O_(l)  ⟶ 2H_2(g) + O_2(g)

• Almacenamiento del hidrógeno. Después de obtener el hidrógeno en su estado gaseoso se procede a su almacenamiento para su posterior uso, ya sea la producción de energía eléctrica, mecánica, térmica, etc… Es aquí dónde reside la gran ventaja de este proceso, pues solventa el enorme problema del almacenamiento de la energía.

Análisis técnico-económico

Hemos realizado un estudio de una planta de producción de hidrógeno verde, la cual va a producir 5700 ^Tn/_año de H₂. Para conseguir este objetivo se precisa de una capacidad de producción de 7200 ^Nm3⁄_h de H₂ que equivalen a 25 MW. Para conseguir esta producción se necesitan 35 MW eléctricos. Los resultados obtenidos se presentan a continuación, donde se analiza el supuesto de cubrir la misma demanda media de potencia (25 MW) con combustibles fósiles e hidrógeno verde.

• LCC – Coste acumulado tras 25 años
• ALCS – Coste anual promedio tras 25 años
• LCOE – Coste del combustible prorrateado en 25 años

Conclusiones

Tras el análisis realizado, la interpretación de los resultados conduce a diferentes conclusiones que presentamos seguidamente.

• En plena época de auge de las energías renovables, nos vemos en la necesidad de desarrollar sistemas de almacenamiento eficientes y económicamente viables.
• La inversión inicial necesaria para llevar a cabo un proyecto de producción de hidrógeno verde es alta.
• Aunque la inversión inicial sea elevada, la rentabilidad de este proyecto es significativamente alta, ya que supone un ahorro económico medio del 66% cada año, respecto al escenario de utilizar combustibles fósiles.
• La contribución neta de emisiones de CO₂ asociadas, tanto al proceso de producción de hidrógeno verde, como a su posterior uso como combustible, son nulas.

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