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¿Cómo se obtiene hidrógeno para combustible?

marzo 17, 2022
¿Cómo se obtiene hidrógeno para combustible?

Producción de hidrógeno

Arabia Saudí está construyendo una ciudad futurista en el desierto del Mar Rojo llamada Neom. Esta ciudad de 500.000 millones de dólares -con taxis voladores y ayuda doméstica robótica- se está construyendo desde cero y albergará a un millón de personas. ¿Y qué producto energético se utilizará para alimentar esta ciudad y venderla al mundo? El petróleo no. Los saudíes apuestan por el hidrógeno verde, un combustible sin emisiones de carbono que se obtiene a partir del agua utilizando electricidad producida de forma renovable para separar las moléculas de hidrógeno de las de oxígeno.

Este verano, una gran compañía de gas estadounidense, Air Products & Chemicals, anunció que, como parte de Neom, ha estado construyendo una planta de hidrógeno verde en Arabia Saudí durante los últimos cuatro años. La planta se alimenta de 4 gigavatios procedentes de proyectos eólicos y solares que se extienden por el desierto. Dice ser el mayor proyecto de hidrógeno verde del mundo, y hay más plantas saudíes en proyecto.

¿Hidrógeno verde? Los saudíes no son los únicos que creen que es la próxima gran cosa del futuro energético. Aunque este combustible apenas está en el radar en Estados Unidos, en todo el mundo se está produciendo una fiebre por el hidrógeno verde, y muchas empresas, inversores, gobiernos y ecologistas creen que es una fuente de energía que podría ayudar a acabar con el reinado de los combustibles fósiles y frenar la trayectoria de calentamiento del mundo.

El combustible de hidrógeno

Para producir hidrógeno, hay que separarlo de los demás elementos en las moléculas donde se encuentra. Hay muchas fuentes diferentes de hidrógeno y formas de producirlo para utilizarlo como combustible. Los dos métodos más comunes para producir hidrógeno son el reformado con vapor de agua y la electrólisis (división del agua con electricidad). Los investigadores están explorando otros métodos o vías de producción de hidrógeno.

En la actualidad, el reformado de vapor y metano representa casi todo el hidrógeno producido comercialmente en Estados Unidos. Los productores comerciales de hidrógeno y las refinerías de petróleo utilizan el reformado con vapor de metano para separar los átomos de hidrógeno de los átomos de carbono del metano (CH4). En el reformado con vapor de metano, el vapor a alta temperatura (de 1.300 °F a 1.800 °F) a una presión de 3 a 25 bares (1 bar = 14,5 libras por pulgada cuadrada) reacciona con el metano en presencia de un catalizador para producir hidrógeno, monóxido de carbono y una cantidad relativamente pequeña de dióxido de carbono (CO2).

El gas natural es la principal fuente de metano para la producción de hidrógeno en instalaciones industriales y refinerías de petróleo. El gas de vertedero/biogás, que puede denominarse biometano o gas natural renovable, es una fuente de hidrógeno para varias centrales eléctricas de pilas de combustible en Estados Unidos. Los biocombustibles y los combustibles derivados del petróleo también son fuentes potenciales de hidrógeno.

Cómo fabricar hidrógeno a partir del agua

Debido a su química, las pilas de combustible son muy limpias. Las pilas de combustible que utilizan hidrógeno puro no tienen nada de carbono y sus únicos subproductos son la electricidad, el calor y el agua. Algunos tipos de sistemas de pilas de combustible son capaces de utilizar combustibles de hidrocarburos como el gas natural, el biogás o el metanol, entre otros. Dado que las pilas de combustible generan electricidad por medio de la química y no de la combustión, pueden alcanzar eficiencias mucho mayores que los métodos tradicionales de producción de energía, como las turbinas de vapor y los motores de combustión interna. Para aumentar aún más la eficiencia, una pila de combustible puede acoplarse a un sistema combinado de calor y electricidad que utilice el calor residual de la pila para aplicaciones de calefacción o refrigeración. Las pilas de combustible también son escalables. Esto significa que las pilas de combustible individuales pueden unirse entre sí para formar pilas. A su vez, estas pilas pueden combinarse en sistemas más grandes. Los sistemas de pilas de combustible varían mucho en tamaño y potencia, desde los sustitutos del motor de combustión para los vehículos eléctricos hasta las instalaciones a gran escala de varios megavatios que suministran electricidad directamente a la red de suministro.

La energía del hidrógeno

Las tecnologías del hidrógeno han experimentado ciclos de expectativas excesivas seguidas de desilusión. Sin embargo, cada vez hay más pruebas que sugieren que estas tecnologías constituyen una opción atractiva para la profunda descarbonización de los sistemas energéticos mundiales, y que las recientes mejoras en su coste y rendimiento apuntan también a la viabilidad económica. Este documento es una revisión exhaustiva del papel potencial que podría desempeñar el hidrógeno en el suministro de electricidad, calor, industria, transporte y almacenamiento de energía en un sistema energético con bajas emisiones de carbono, y una evaluación de la situación del hidrógeno para poder cumplir con ese potencial. El panorama que se dibuja es prometedor: el hidrógeno está bien establecido en ciertos nichos, como las carretillas elevadoras, mientras que las aplicaciones principales son ya inminentes. Los vehículos de hidrógeno están disponibles comercialmente en varios países y se han vendido 225.000 sistemas de calefacción doméstica con pilas de combustible. Esto supone un cambio radical respecto a la situación de hace sólo cinco años. Esta revisión muestra que siguen existiendo retos en torno al coste y el rendimiento, y que todavía se necesitan mejoras considerables para que el hidrógeno sea realmente competitivo. Pero esa competitividad en el futuro a medio plazo ya no parece una perspectiva irreal, lo que justifica plenamente el creciente interés y el apoyo político a estas tecnologías en todo el mundo.

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