Hi­dró­geno, el fu­tu­ro de la ener­gía

Si­tua­ción del sec­tor ener­gé­ti­co

Automática e Instrumentación - - TIEMPOREAL - Oscar Fernández Is­la Je­fe de Ven­tas de Lar­ge Dri­ves de Sie­mens Es­pa­ña

La Ad­mi­nis­tra­ción po­nien­do fe­cha de ca­du­ci­dad a los com­bus­ti­bles fó­si­les. Fuen­tes de ener­gía ob­so­le­tas, pe­li­gro­sas y con­ta­mi­nan­tes. Pro­ble­mas de sa­lud por la con­ta­mi­na­ción. Prohi­bi­cio­nes a la li­bre cir­cu­la­ción de cual­quier vehícu­lo de com­bus­tión en el cen­tro de las gran­des ciu­da­des. El Cam­bio Cli­má­ti­co. Son tan­tas las no­ti­cias que nos lle­gan úl­ti­ma­men­te y tan drás­ti­cos los cam­bios que plan­tean pa­ra el fu­tu­ro pró­xi­mo que sur­gen al­gu­nas pre­gun­tas ¿Qué al­ter­na­ti­vas ener­gé­ti­cas te­ne­mos? ¿Son co­mer­cial­men­te via­bles? ¿Son sos­te­ni­bles? ¿Se ne­ce­si­ta­rán mu­chos años pa­ra im­ple­men­tar­las? ¿De­be­re­mos cam­biar nues­tros há­bi­tos de con­su­mo?

En es­ta bús­que­da de al­ter­na­ti­vas a las fuen­tes de ener­gía clá­si­cas nos en­con­tra­mos con el im­pul­so que los dis­tin­tos go­bier­nos es­tán dan­do al apro­ve­cha­mien­to de las ener­gías re­no­va­bles ta­les co­mo la eó­li­ca y la so­lar, que jun­to con la tan desea­da Fu­sión Nu­clear po­drían ser los pi­la­res de la cuar­ta re­vo­lu­ción in­dus­trial, así co­mo el car­bón fue de la pri­me­ra, el pe­tró­leo de la se­gun­da y la fi­sión nu­clear de la ter­ce­ra.

Mien­tras se si­gue in­ves­ti­gan­do la Fu­sión, cen­tré­mo­nos en las tec­no­lo­gías ya ma­du­ras so­lar y eó­li­ca. Es­tas tec­no­lo­gías tie­nen aún re­co­rri­do de im­plan­ta­ción, au­men­tan­do su ba­se ins­ta­la­da y con ello un pro­ble­ma a re­sol­ver, el del al­ma­ce­na­je ma­si­vo de ener­gía. El vien­to y el sol no tie­nen por qué so­plar o lu­cir se­gún la de­man­da eléc­tri­ca de los con­su­mi­do­res, por ello, si co­mo he­mos di­cho, au­men­ta­mos la ba­se ins­ta­la­da, lo nor­mal es que nos en­con­tre­mos con gran­des can­ti­da­des de ener­gía que de­be­rán ser al­ma­ce­na­das pa­ra su uso pos­te­rior.

El pro­ble­ma del al­ma­ce­na­je

Por des­gra­cia, los sal­tos de agua no son una al­ter­na­ti­va uni­ver­sal apli­ca­ble a cual­quier lu­gar, y los sis­te­mas de ai­re com­pri­mi­do tam­po­co es­tán hoy en día en una fa­se de desa­rro­llo im­por­tan­te que pu­die­ra ha­cer pen­sar en ellos co­mo una al­ter­na­ti­va. Por tan­to el Hi­dró­geno y los de­ri­va­dos quí­mi­cos co­mo Amo­nia­co, Me­ta­nol y otros sur­gen co­mo una so­lu­ción real al pro­ble­ma del al­ma­ce­na­je de gran­des can­ti­da­des de ener­gía a un cos­te acep­ta­ble y con gran ver­sa­ti­li­dad, sien­do par­ti­cu­lar­men­te el Hi­dró­geno un vec­tor ener­gé­ti­co de pri­me­ra mag­ni­tud.

Por qué el Hi­dró­geno. Lo pri­me­ro es in­di­car que ac­tual­men­te se pro­du­cen en el mun­do más de 45 mi­llo­nes de to­ne­la­das de Hi­dró­geno, de las cua­les más del 90% son pa­ra uso in­dus­trial, ya sea pa­ra pro­duc­ción de Amo­nia­co, en las re­fi­ne­rías, ali­men­ta­ción, o in­clu­so fa­bri­ca­ción de

vi­drio. Es por tan­to una com­mo­dity, una mer­can­cía, que adi­cio­nal­men­te sir­ve co­mo com­bus­ti­ble ya sea me­dian­te pi­las de com­bus­ti­ble, mo­to­res o tur­bi­nas de gas, y por úl­ti­mo se pue­de trans­por­tar y al­ma­ce­nar a un cos­te ba­jo, ya sea co­mo Hi­dró­geno com­pri­mi­do o com­bi­na­do en otras mo­lé­cu­las co­mo la del Amo­nia­co.

For­mas de ob­te­ner hi­dró­geno

En­ton­ces ¿Có­mo po­de­mos con­se­guir ese Hi­dró­geno? El 95% del Hi­dró­geno pro­du­ci­do en la ac­tua­li­dad se ob­tie­ne a través del re­for­ma­do con va­por y ga­si­fi­ca­ción de car­bón. Aun­que son for­mas ba­ra­tas de ob­te­ner Hi­dró­geno, no eli­mi­na­mos el pro­ble­ma de la con­ta­mi­na­ción. En el re­for­ma­do con va­por rom­pe­mos los hi­dro­car­bu­ros me­dian­te ener­gía tér­mi­ca y va­por de agua, pe­ro ne­ce­si­ta­mos un com­bus­ti­ble fó­sil pri­ma­rio y se emi­te CO2. La ga­si­fi­ca­ción de car­bón pro­du­ce más CO2 que la que­ma del pro­pio car­bón.

Si que­re­mos un Hi­dró­geno “ver­de”, que por un la­do nos ayu­de a la op­ti­mi­za­ción de las tec­no­lo­gías de pro­duc­ción eléc­tri­ca re­no­va­ble, a la vez pue­da ser­vir co­mo com­bus­ti­ble, ser tam­bién un con­su­mi­ble in­dus­trial, y to­do ello de for­ma ma­si­va y ba­ra­ta, nos que­da la elec­tró­li­sis co­mo so­lu­ción.

Hi­dró­geno, elec­tró­li­sis y Re­no­va­bles

La elec­tró­li­sis no es más que la rup­tu­ra de la molécula del agua me­dian­te ener­gía eléc­tri­ca. Es un pro­ce­so in­dus­trial bien co­no­ci­do que ge­ne­ra un Hi­dró­geno de al­ta pu­re­za. Hoy en día dis­po­ne­mos de dos téc­ni­cas de elec­tró­li­sis de for­ma in­dus­trial, la Al­ca­li­na y la PEM, mem­bra­na de in­ter­cam­bio de pro­to­nes por sus si­glas en in­glés (Pro­ton Ex­chan­ge Mem­bra­ne ).

La elec­tró­li­sis PEM con­sis­te en una mem­bra­na, que es el elec­tro­li­to, y unos elec­tro­dos que se co­lo­can a am­bos la­dos de di­cha mem­bra­na, ac­tuan­do la mem­bra­na co­mo se­pa­ra­dor evi­tan­do que se mez­clen los pro­duc­tos del gas.

Elec­tró­li­sis PEM vs. Al­ca­li­na

Ca­da una de es­tas dos téc­ni­cas tie­nen sus ven­ta­jas e in­con­ve­nien­tes,

pe­ro pa­ra tra­ba­jar con re­no­va­bles la elec­tró­li­sis PEM tie­ne su­pe­rio­ri­dad fren­te a la al­ca­li­na, bá­si­ca­men­te por su ope­ra­ción al­ta­men­te di­ná­mi­ca, su di­se­ño com­pac­to, pe­que­ña hue­lla, ca­pa­ci­dad de arran­que sen­ci­llo en frío, ope­ra­ción a al­ta pre­sión con un me­nor cos­te de com­pre­sión pos­te­rior, ra­pi­dez en la ges­tión de cam­bio de car­gas, gran es­ta­bi­li­dad y ba­ja de­gra­da­ción.

Elec­tró­li­sis PEM in­dus­trial

Exis­ten en el mer­ca­do va­rias com­pa­ñías con elec­tro­li­za­do­res PEM en el ran­go del MW y un par con pro­duc­to en el ran­go de los 10 MW, es­tan­do en el ho­ri­zon­te pró­xi­mo los elec­tro­li­za­do­res de 100MW. Po­de­mos de­cir por tan­to que es una tec­no­lo­gía que ha da­do el sal­to al uso in­dus­trial, dis­po­ni­ble pa­ra pro­du­cir Hi­dró­geno pu­ro de for­ma in­ten­si­va y a un cos­te ajus­ta­do que per­mi­te que sea ren­ta­ble pa­ra con­su­mo in­dus­trial con pre­cios re­du­ci­dos de la elec­tri­ci­dad en el ran­go del MW, y que en cuan­to se apli­que la eco­no­mía de es­ca­la se­rá ren­ta­ble in­clu­so con pre­cios de mer­ca­do de la elec­tri­ci­dad. En cuan­to al uso co­mo com­bus­ti­ble de mo­vi­li­dad, ya es hoy en día ren­ta­ble el Hi­dró­geno ob­te­ni­do con elec­tró­li­sis PEM.

Plan­tas de elec­tró­li­sis PEM

Pe­ro có­mo son es­tas plan­tas de pro­duc­ción de Hi­dró­geno ¿Ocu­pan mu­cho, son com­ple­jas, pe­li­gro­sas de ope­rar, cos­to­sas, de cor­ta vi­da? To­do lo con­tra­rio. Va­ya­mos por par­tes.

Una plan­ta de elec­tró­li­sis se com­po­ne de una co­ne­xión a la red de Al­ta Ten­sión, una uni­dad de Trans­for­ma­ción-rec­ti­fi­ca­ción pa­ra po­der ali­men­tar a los equi­pos a la ten­sión co­rrec­ta, un sis­te­ma de purificación de agua (la ca­li­dad de­be ser < 1—S/cm), el elec­tro­li­za­dor, una uni­dad Deo­xo pa­ra pu­ri­fi­car aún más si ca­be el Hi­dró­geno (99,95% 99,99999%), y fi­nal­men­te aque­llos equi­pos que se ne­ce­si­ten pa­ra el uso que se re­quie­ra del Hi­dró­geno. Ha­bla­mos de com­pre­so­res ió­ni­cos pa­ra com­pri­mir el Hi­dró­geno, tan­ques de al­ma­ce­na­je, sis­te­ma de in­yec­ción a la red de gas, o su­mi­nis­tro a hi­dro­ge­ne­ras. To­do con equi­pos mo­du­la­res in­dus­tria­les y sin ape­nas obra ci­vil.

El co­ra­zón es sin du­da el elec­tro­li­za­dor. Di­cho equi­po se com­po­ne a su vez de un Stack (com­pues­to por la unión de va­rias cel­das de elec­tró­li­sis), un sis­te­ma de pro­ce­so (bom­bas, vál­vu­las, se­pa­ra­do­res de gas, in­ter­cam­bia­do­res de ca­lor, etc), un sis­te­ma de con­trol, un blo­que de fuer­za y la re­fri­ge­ra­ción. Fa­bri­can­tes co­mo Sie­mens ven­den to­dos es­tos equi­pos co­mo un úni­co equi­po elec­tro­li­za­dor, por ejem­plo el Sily­zer 200

Es­te ti­po de plan­tas pue­den ser des­aten­di­das y con un man­te­ni­mien­to ape­nas des­pre­cia­ble com­pa­ra­do con su cos­te de ad­qui­si­ción, por lo que prác­ti­ca­men­te a la ho­ra de in­ver­tir en una plan­ta de es­te ti­po con­si­de­ra­re­mos só­lo el CAPEX. En el ran­go del MW co­mo he­mos co­men­ta­do an­te­rior­men­te, el cos­te del Hi­dró­geno es a día de hoy com­pe­ti­ti­vo pa­ra apli­ca­cio­nes in­dus­tria­les en ca­so de cos­tes muy ba­ra­tos de la elec­tri­ci­dad, y ren­ta­ble pa­ra uso en mo­vi­li­dad. Es­to es de­bi­do en par­te gra­cias a que la vi­da útil de los

elec­tro­li­za­do­res, los de Sie­mens por ejem­plo es de al me­nos 10 años con una li­ge­ra pér­di­da de ren­di­mien­to. Más allá de es­te tiem­po, la rein­ver­sión pa­ra re­cu­pe­rar el ren­di­mien­to tie­ne un cos­te li­mi­ta­do.

A su vez, el ren­di­mien­to de una plan­ta de es­tas ca­rac­te­rís­ti­cas es al­to. El de las mem­bra­nas es­tá en torno al 67-75% de­pen­dien­do del ti­po, y jun­to a las pér­di­das del res­to de sis­te­mas aso­cia­dos (bom­bas, etc.), ha­ce que el ren­di­mien­to to­tal del con­jun­to se va­ya al 55-65%, te­nien­do ya el H2 pre­com­pri­mi­do. Pu­die­ran pa­re­cer va­lo­res ba­jos com­pa­ra­dos con el de ba­te­rías, pe­ro ya he­mos in­di­ca­do que es­ta tec­no­lo­gía es­tá pen­sa­do pa­ra al­ma­ce­nar gran­des can­ti­da­des de ener­gía du­ran­te lar­go tiem­po, dar sa­li­da in­dus­trial al Hi­dró­geno pro­du­ci­do o trans­por­tar gran­des can­ti­da­des de ener­gía de for­ma ba­ra­ta. En cual­quier ca­so el ren­di­mien­to del ci­clo com­ple­to in­clu­yen­do los vehícu­los es ma­yor que el de los com­bus­ti­bles fó­si­les.

El trans­por­te de la ener­gía

Res­pec­to al trans­por­te de la ener­gía en for­ma de gas del que no ha­bía­mos ha­bla­do has­ta aho­ra, con­vie­ne in­di­car que las ins­ta­la­cio­nes más gran­des de ener­gía re­no­va­bles sue­len ser eó­li­cas off-sho­re, y la ener­gía allí pro­du­ci­da no tie­ne por qué con­su­mir­se obli­ga­to­ria­men­te en la cos­ta. La com­pa­ra­ti­va en­tre

un ten­di­do eléc­tri­co y una tu­be­ría de gas no de­ja lu­gar a du­das. Si qui­sié­ra­mos trans­por­tar ener­gía 100 km el cos­te se­ría de unos 200€/kw pa­ra el ten­di­do, y de 10€/kw pa­ra la tu­be­ría, vein­te ve­ces más ba­ra­to.

Ener­gie­park Mainz

Exis­ten plan­tas con elec­tro­li­za­do­res PEM co­mer­cia­les ope­ran­do, que sir­ven de ban­co de en­sa­yo pa­ra es­ta tec­no­lo­gía, co­mo la Ener­gie­park­mainz, don­de se ha lle­ga­do a un acuer­do con un par­que eó­li­co cer­cano pa­ra com­prar la ener­gía en sus ho­ras va­lle, o los Pi­cos que no pue­dan ven­der en el mer­ca­do eléc­tri­co, de ma­ne­ra que se amor­ti­gua el im­pac­to del cos­te de la elec­tri­ci­dad en la pro­duc­ción de Hi­dró­geno y la plan­ta ayu­da a es­ta­bi­li­zar el su­mi­nis­tro a la red del par­que eó­li­co. Con es­ta elec­tri­ci­dad se pro­du­ce Hi­dró­geno me­dian­te tres Sily­zer 200 de Sie­mens de 1,25MW ca­da uno, y di­cho Hi­dró­geno se in­yec­ta en la red de gas de la ciu­dad, se al­ma­ce­na en tan­ques, y tam­bién se dis­tri­bu­ye en ca­mio­nes a em­pre­sas de la re­gión con ne­ce­si­da­des de Hi­dró­geno. La plan­ta es des­aten­di­da y se su­per­vi­sa to­da la ope­ra­ti­va des­de un cen­tro de con­trol en Leu­na, a 400 km de dis­tan­cia. Es­ta plan­ta se pue­de vi­si­tar pa­ra ver so­bre el te­rreno co­mo fun­cio­na una ins­ta­la­ción de es­te ti­po.

El hi­dró­geno y los usua­rios

Ya he­mos res­pon­di­do al­gu­nas de las pre­gun­tas que nos ha­cía­mos al prin­ci­pio. He­mos vis­to co­mo exis­ten al­ter­na­ti­vas ener­gé­ti­cas co­mer­cia­les, ade­más son sos­te­ni­bles ya que no pro­du­cen re­si­duos, la hue­lla eco­ló­gi­ca es prác­ti­ca­men­te nu­la, no es con­ta­mi­nan­te, el cos­te no es ex­ce­si­vo, es es­ca­la­ble y só­lo ne­ce­si­ta­mos elec­tri­ci­dad y agua (en pe­que­ña can­ti­dad) pa­ra con­se­guir nues­tro Hi­dró­geno. Que­da por tan­to res­pon­der a las pre­gun­tas so­bre si se­rán ne­ce­sa­rios mu­chos años pa­ra im­ple­men­tar­las y si cam­bia­rán nues­tros há­bi­tos de con­su­mo.

La tec­no­lo­gía ya es­tá lis­ta pa­ra des­ple­gar­se. Lo ideal se­ría po­der usar el Hi­dró­geno así pro­du­ci­do en mo­vi­li­dad, ya que es más ren­ta­ble y ace­le­ra­ría el pro­ce­so de eco­no­mía de es­ca­la. Pa­ra es­to se­ría de agra­de­cer el im­pul­so de las Ad­mi­nis­tra­cio­nes apos­tan­do por vehícu­los lim­pios que usa­ran Hi­dró­geno co­mo com­bus­ti­ble. Ya exis­ten co­ches, au­to­bu­ses, ca­mio­nes, tre­nes y pe­que­ños vehícu­los in­dus­tria­les co­mo ca­rre­ti­llas.

Des­de el pun­to de vis­ta del usua­rio, el Hi­dró­geno tie­ne una ope­ra­ción si­mi­lar al vehícu­lo con­ven­cio­nal de com­bus­ti­ble fó­sil. Se re­pos­ta en 4 mi­nu­tos y la au­to­no­mía y cos­te por ki­ló­me­tro re­co­rri­do es si­mi­lar. Es­to es una ven­ta­ja fren­te a los vehícu­los con ba­te­ría, la cual pe­sa mu­cho, se de­gra­da, tie­ne ci­clos de car­ga y ne­ce­si­ta mu­cho más tiem­po de re­car­ga pa­ra me­nor au­to­no­mía. Por no ha­blar del reciclaje pos­te­rior de esas ba­te­rías con­ta­mi­nan­tes.

Las em­pre­sas ga­sis­tas es­tán por su par­te es­tu­dian­do la via­bi­li­dad de in­yec­tar Hi­dró­geno en las tu­be­rías de Gas Na­tu­ral pa­ra po­ten­ciar es­te gas y au­men­tar así la efi­cien­cia del sis­te­ma ener­gé­ti­co.

Si a to­do es­to aña­di­mos la po­si­bi­li­dad de una in­de­pen­den­cia ener­gé­ti­ca res­pec­to de los paí­ses pro­duc­to­res de com­bus­ti­bles fó­si­les, un co­no­ci­mien­to exac­to del cos­te de los com­bus­ti­bles pa­ra las cuen­tas na­cio­na­les anua­les y unas ciu­da­des sin rui­do de vehícu­los y li­bres de con­ta­mi­na­ción, la apues­ta por el Hi­dró­geno pa­re­ce ló­gi­ca.

Al­man­ce­na­je de ener­gia por seg­men­tos.

El ci­cio del hi­dro­geno

En­ger­gie­park Mai­na

Sly­zer 200

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