Hidrógeno verde - Una visión general

¿Qué es el hidrógeno?

El hidrógeno es una de las fuentes de gas más abundantes, ya que aporta aproximadamente el 75% del gas de nuestro sistema solar. El hidrógeno se encuentra en varias cosas, como la luz, el agua, el aire, las plantas y los animales, pero a menudo se combina con otros elementos. La combinación más conocida es con el oxígeno para formar el agua. El hidrógeno es un gas incoloro, inodoro e insípido, más ligero que el aire. Como es mucho más ligero que el aire, asciende en nuestra atmósfera, lo que significa que no se encuentra de forma natural a nivel del suelo, sino que hay que crearlo. Esto se hace separándolo de otros elementos y recogiendo el gas.

¿Qué es el hidrógeno verde?

El hidrógeno verde se produce utilizando electricidad para alimentar un electrolizador que separa el hidrógeno de la molécula de agua produciendo oxígeno como subproducto. El exceso de electricidad puede utilizarse mediante electrólisis para crear gas de hidrógeno que puede almacenarse para el futuro. Esencialmente, si la electricidad utilizada para alimentar los electrolizadores procede de fuentes renovables como la eólica, la solar o la hidráulica, o si procede de la energía nuclear -fisión o fusión-, el hidrógeno producido es verde, en el que las únicas emisiones de carbono son las incorporadas a la infraestructura de generación. Los electrolizadores son la tecnología más importante para sintetizar combustible de hidrógeno con cero emisiones de carbono a partir de energías renovables, lo que se conoce como hidrógeno verde. El hidrógeno verde y sus derivados son una solución esencial para la descarbonización de los sectores de la industria pesada y los expertos sugieren que constituirá hasta el 25% del uso total de energía final en una economía neta cero.

Ventajas del hidrógeno verde

Es 100% sostenible, ya que no emite gases contaminantes ni en la combustión ni en la producción. El hidrógeno puede almacenarse fácilmente, lo que permite utilizarlo posteriormente para otros fines y/o en el momento de su producción. El hidrógeno verde puede convertirse en electricidad o en gas de síntesis y puede utilizarse para diversos fines domésticos, comerciales, industriales o de movilidad. Además, el hidrógeno puede mezclarse con el gas natural en una proporción de hasta el 20% sin necesidad de modificar la infraestructura principal de gas o los aparatos de gas.

Desventajas del hidrógeno verde

Aunque el hidrógeno es 100% sostenible, actualmente tiene un coste más elevado que los combustibles fósiles, ya que la energía renovable es más cara de producir. La producción global de hidrógeno requiere más energía que la de otros combustibles, por lo que, a menos que la electricidad necesaria para producir hidrógeno proceda de una fuente renovable, todo el proceso de producción puede ser contraproducente. Además, el hidrógeno es un gas altamente inflamable, por lo que es imprescindible adoptar amplias medidas de seguridad para evitar fugas y explosiones.

¿Qué es la Catapulta Verde del Hidrógeno (GHC) y qué pretende conseguir?

Los miembros de la Catapulta del Hidrógeno Verde (GHC) son una coalición de líderes con la ambición de ampliar y hacer crecer el desarrollo del hidrógeno verde. A partir de noviembre de 2021, han anunciado el compromiso de desarrollar 45 GW de electrolizadores con financiación garantizada para 2026, con una puesta en marcha adicional prevista para 2027. Se trata de una ambición mucho mayor, ya que el objetivo inicial fijado por la coalición en el momento de su lanzamiento en diciembre de 2020 era de 25 GW. El hidrógeno verde se ha considerado un elemento fundamental para crear un futuro energético sostenible, además de ser una de las mayores oportunidades de negocio de los últimos tiempos. Y se ha dicho que es la clave para permitir la descarbonización de sectores como la fabricación de acero, el transporte marítimo y la aviación.

¿Por qué el hidrógeno se considera un futuro más limpio?

Vivimos en un mundo en el que uno de los objetivos colectivos de sostenibilidad es descarbonizar el combustible que utilizamos para 2050. Para conseguirlo, descarbonizar la producción de una fuente de combustible importante como el hidrógeno, dando lugar al hidrógeno verde, es una de las estrategias clave, ya que la producción de hidrógeno no verde es actualmente responsable de más del 2 % del total de las emisiones mundiales de CO2. Durante la combustión, se rompen los enlaces químicos y los elementos constitutivos se combinan con el oxígeno. Tradicionalmente, el gas metano ha sido el gas natural elegido, ya que el 85% de los hogares y el 40% de la electricidad del Reino Unido dependen del gas natural. El metano es un combustible más limpio que el carbón, pero cuando se quema se produce dióxido de carbono como producto de desecho que, al entrar en la atmósfera, empieza a contribuir al cambio climático. El gas hidrógeno, cuando se quema, sólo produce vapor de agua como producto de desecho, que no tiene potencial de calentamiento global.

El Gobierno del Reino Unido ha considerado que el uso del hidrógeno como combustible y, por tanto, de los hogares de hidrógeno, es una forma de avanzar hacia un modo de vida más ecológico, y ha establecido el objetivo de una economía del hidrógeno próspera para 2030. Por su parte, Japón, Corea del Sur y China están a punto de avanzar considerablemente en el desarrollo de la economía del hidrógeno, con objetivos que superarán a los del Reino Unido en 2030. Del mismo modo, la Comisión Europea ha presentado una estrategia sobre el hidrógeno en la que éste podría sustentar el 24% de la energía europea en 2050.

Para más información, visite nuestra página sobre la industria y eche un vistazo a otros recursos sobre el hidrógeno:

¿Qué hay que saber sobre el hidrógeno?

Los peligros del hidrógeno

Blue Hydrogen - Una visión general

Xgard Bright MPS detecta hidrógeno en aplicaciones de almacenamiento de energía

Cómo el hidrógeno ayuda a las industrias del gas y del acero a ser ecológicas

El hidrógeno verde, extraído de fuentes de energía renovables y de baja emisión de carbono, puede desempeñar un papel crucial para acercar a una empresa -o a un país- a la neutralidad de carbono. Entre las aplicaciones más comunes en las que se puede utilizar el hidrógeno verde se encuentran:

  • Pilas de combustible para vehículos eléctricos
  • A medida que el hidrógeno en la mezcla de gas de tubería
  • En las refinerías de "acero verde" que queman hidrógeno como fuente de calor en lugar de carbón
  • En los buques portacontenedores impulsados por amoníaco líquido que se fabrica a partir de hidrógeno
  • En las turbinas eléctricas de hidrógeno que pueden generar electricidad en los momentos de máxima demanda

En este artículo se analizará el uso del hidrógeno en la mezcla de gas en gasoductos y en las refinerías de acero ecológico.

Inyección de hidrógeno en las tuberías

Los gobiernos y las empresas de servicios públicos de todo el mundo están estudiando las posibilidades de inyectar hidrógeno en sus redes de gas natural para reducir el consumo de combustibles fósiles y limitar las emisiones. De hecho, la inyección de hidrógeno en los gasoductos figura ahora en las estrategias nacionales de hidrógeno de la UE, Australia y el Reino Unido, y la estrategia de hidrógeno de la UE especifica la introducción del hidrógeno en las redes nacionales de gas para 2050.

Desde el punto de vista medioambiental, añadir hidrógeno al gas natural tiene el potencial de reducir significativamente las emisiones de gases de efecto invernadero, pero para lograrlo, el hidrógeno debe producirse a partir de fuentes de energía bajas en carbono y renovables. Por ejemplo, el hidrógeno generado a partir de la electrólisis, los biorresiduos o las fuentes de combustibles fósiles que utilizan la captura y el almacenamiento de carbono (CCS).

De forma similar, los países que aspiran a desarrollar una economía verde del hidrógeno pueden recurrir a la inyección en la red para estimular la inversión y desarrollar nuevos mercados. En un esfuerzo por poner en marcha su plan de hidrógeno renovable, Australia Occidental está planeando introducir al menos un 10% de hidrógeno renovable en sus gasoductos y redes, y adelantar los objetivos del estado según su estrategia de hidrógeno renovable de 2040 a 2030.

En términos volumétricos, el hidrógeno tiene una densidad energética mucho menor que el gas natural, por lo que los usuarios finales de una mezcla de gas necesitarían un mayor volumen de gas para conseguir el mismo valor calorífico que los que utilizan gas natural puro. En pocas palabras, una mezcla de hidrógeno del 5% en volumen no se traduce directamente en una reducción del 5% del consumo de combustibles fósiles.

¿Existe algún riesgo de seguridad en la mezcla de hidrógeno en nuestro suministro de gas? Examinemos el riesgo:

  1. El hidrógeno tiene un LEL inferior al del gas natural, por lo que existe un mayor riesgo de generar una atmósfera inflamable con las mezclas de gases.
  2. El hidrógeno tiene una energía de ignición inferior a la del gas natural y un amplio rango de inflamabilidad (del 4% al 74% en el aire), por lo que existe un mayor riesgo de explosión
  3. Las moléculas de hidrógeno son pequeñas y se mueven con rapidez, por lo que cualquier fuga de gas mezclado se extenderá más rápido y con mayor amplitud que en el caso del gas natural.

En el Reino Unido, la calefacción doméstica e industrial representa la mitad del consumo energético y un tercio de las emisiones de carbono. Desde 2019, está en marcha el primer proyecto del Reino Unido para inyectar hidrógeno en la red de gas, con ensayos que tienen lugar en la Universidad de Keele. El proyecto HyDeploy tiene como objetivo inyectar hasta un 20% de hidrógeno y mezclarlo con el suministro de gas existente para calentar bloques de viviendas y campus sin cambiar los electrodomésticos ni las tuberías de gas. En este proyecto, los detectores de gas y el analizador de gases de combustión de Crowcon se están utilizando para identificar el impacto de la mezcla de hidrógeno en términos de detección de fugas de gas. El analizador de gases de combustión Sprint Pro de Crowcon se utiliza para evaluar la eficiencia de las calderas.

Crowcon Sprint Pro es un analizador de gases de combustión de calidad profesional, con características adaptadas a las necesidades de los profesionales de la climatización, un diseño robusto, una completa selección de accesorios y 5 años de garantía. Más información sobre Sprint Pro aquí.

El hidrógeno en la industria del acero

La producción tradicional de hierro y acero se considera uno de los mayores emisores de contaminantes ambientales, incluidos los gases de efecto invernadero y el polvo fino. Los procesos de fabricación del acero dependen en gran medida de los combustibles fósiles, de los que los productos del carbón representan el 78%. Por ello, no es de extrañar que la industria siderúrgica emita alrededor del 10% de todas las emisiones mundiales de CO2 relacionadas con los procesos y la energía.

El hidrógeno puede ser una alternativa para las empresas siderúrgicas que quieran reducir drásticamente sus emisiones de carbono. Varios fabricantes de acero de Alemania y Corea ya están reduciendo las emisiones mediante un método de fabricación de acero con reducción de hidrógeno que utiliza hidrógeno, no carbón, para fabricar acero. Tradicionalmente, en la fabricación de acero se produce una cantidad importante de gas de hidrógeno como subproducto llamado gas de coque. Al hacer pasar ese gas de coque por un proceso denominado captura y almacenamiento de carbono (CCS), las plantas siderúrgicas pueden producir una cantidad significativa de hidrógeno azul, que puede utilizarse para controlar las temperaturas y evitar la oxidación durante la producción de acero.

Además, los fabricantes de acero están fabricando productos de acero específicos para el hidrógeno. Como parte de su nueva visión de convertirse en una empresa verde de hidrógeno, la siderúrgica coreana POSCO ha invertido mucho en el desarrollo de productos de acero para su uso en la producción, el transporte, el almacenamiento y la utilización del hidrógeno.

Dado que en las plantas siderúrgicas existen muchos riesgos de gases inflamables y tóxicos, es importante conocer la sensibilidad cruzada de los gases, ya que una falsa lectura de gases podría resultar fatal. Por ejemplo, un alto horno produce una gran cantidad de gas caliente, polvoriento, tóxico e inflamable compuesto por monóxido de carbono (CO) con algo de hidrógeno. Los fabricantes de detectores de gas que tienen experiencia en estos entornos conocen bien el problema de que el hidrógeno afecta a los sensores electroquímicos de CO, por lo que proporcionan sensores con filtro de hidrógeno como estándar a las instalaciones siderúrgicas.

Para saber más sobre la sensibilidad cruzada, consulte nuestro blog. Los detectores de gas Crowcon se utilizan en muchas instalaciones siderúrgicas de todo el mundo, y puede obtener más información sobre las soluciones Crowcon en la industria siderúrgica aquí.

Referencias:

  1. Lainyección de hidrógeno en las redes de gas natural podría proporcionar la demanda estable que el sector necesita para desarrollarse (S&P Global Platts, 19 de mayo de 2020)
  2. Australia Occidental invierte 22 millones de dólares en un plan de acción sobre el hidrógeno (Power Engineering, 14 de septiembre de 2020)
  3. Hidrógeno verde en los gasoductos de gas natural: ¿Solución de descarbonización o sueño imposible? (Green Tech Media, 20 de noviembre de 2020)
  4. Podría el hidrógeno aprovechar la infraestructura del gas natural? (Network Online, 17 mar 2016)
  5. Acero, hidrógeno y energías renovables: ¿Extraños compañeros de cama? Quizás no... (Forbes.com, 15 de mayo de 2020)
  6. POSCO ampliará la producción de hidrógeno a 5 mill. Toneladas para 2050 (Business Korea, 14 dic 202 0)http://https://www.crowcon.com/wp-content/uploads/2020/07/shutterstock_607164341-scaled.jpg