Para entender las aplicaciones y los alcances que puede tener el hidrógeno verde en nuestras vidas, es necesario primero saber cómo se produce, cuáles son los elementos y compuestos que están involucrados en la reacción y cuáles son los equipos encargados de esta generación a escala industrial. Por lo tanto, es necesario conocer toda su cadena de valor.
Se habla de la cadena de valor del hidrógeno para referirse al proceso completo desde su producción hasta su uso final mediante distintas aplicaciones. Cada una de estas etapas deben ser descritas en detalle, indicando los procesos y sistemas que conlleva este vector energético.
CADENA DE VALOR DEL HIDRÓGENO VERDE
¿Cómo se produce entonces el hidrógeno verde?
Tal como te señalábamos anteriormente, si bien el hidrógeno es el elemento más abundante en el universo, no se encuentra en su estado puro en nuestro planeta. Por lo tanto, este debe ser producido a través de una serie de procesos, los cuales se pueden clasificar en:
- Termoquímicos
- Electrolíticos
- Biológicos
- Otros procesos
En particular nos centraremos en el hidrógeno verde, el cual se obtiene principalmente mediante un proceso llamado electrólisis.
El termino electrólisis proviene del griego “electro” y “lysis”, lo que significa descomposición de un cuerpo mediante electricidad, en este caso lo que se separa es la molécula del agua.
Es decir, a través de una reacción electroquímica que separa la molécula del agua en hidrógeno (H2) y oxígeno (O2), mediante el uso de electricidad producida por energías limpias.
Te lo enseñamos a continuación:
Sin embargo, para que el proceso sea efectivo, esta agua tiene que cumplir con ciertas características, siendo fundamental que contenga pocos minerales por lo que es necesario “purificarla”. Es decir, es necesario eliminar las impurezas tales como iones, metales que presente el agua.
Tomando lo anterior, el atributo verde corresponde entonces al uso de energía eléctrica proveniente de una fuente renovable, siendo por lo tanto un proceso libre de emisiones de carbono.
Para el año 2025, Chile espera producir 200.000 toneladas de hidrógeno verde al año, la cual es una cantidad muy grande- Por ende, para poder realizarlo es necesario tener equipos industriales capaces de efectuar el proceso de electrólisis a gran escala. Éstos se llaman electrolizadores.
¿Sabías que en 1902 ya operaban 400 electrolizadores? En efecto, el uso de los electrolizadores no es algo nuevo. Sin embargo, hoy tenemos la gran ventaja de producir hidrógeno usando electricidad limpia.
En el mercado existen 2 tipos de electrolizadores que se están comercializando, los cuales difieren según el electrolito que se usa. Los electrolitos son iones con cargas que se comportan como conductores, por lo que pueden conducir energía. Tenemos entonces los electrolizadores alcalinos que usan electrolito de KOH (hidróxido de potasio) o NaOH (hidróxido de sodio) y los electrolizadores PEM que usan como electrolito una membrana polimérica para transferir los protones de hidrógeno (H+). Estos equipos si bien entregan una alta pureza cercana al 100%, son limitados y costosos debido al uso de materiales escasos para su fabricación. Hay un tercer tipo de electrolizadores llamados SOEC que están en etapa de investigación.
Acondicionamiento como proceso de purificación del hidrógeno
Las aplicaciones finales en las que será utilizado el hidrógeno requieren de distintos niveles de pureza, siendo necesario que este pase por un proceso de purificación para obtener un compuesto listo para su almacenamiento y aplicación final. A este proceso se le llama entonces acondicionamiento.
Almacenamiento y Distribución
Antes de hablar de almacenamiento es necesario analizar el volumen que en este caso el hidrógeno ocupa en cierto espacio según la infraestructura que lo contenga.
Una de las principales desventajas que tiene este compuesto es su baja densidad energética en términos de volumen. Por ejemplo, es casi cuatro veces menor que la de bencina, es decir, en 1 [m3] de hidrógeno tenemos menos energía que 1[m3] de bencina.
En este contexto, su principal desventaja es su baja densidad energética volumétrica:
¿Qué implica eso? Como consecuencia, es necesario que el hidrógeno pase por un proceso de reducción de su volumen para que así pueda ser almacenado, transportado, distribuido y usado en las aplicaciones finales.
En general, el almacenamiento, transporte y distribución (T&D) se puede realizar tanto en forma gaseosa como en forma líquida (criogénica), a través de distintos medios. Esto incluye el uso de tuberías o gasoductos, así como transporte en camiones y barcos.
Reconversión
Cuando el hidrógeno es transportado a los centros de consumo ubicados en lugares lejanos, se usan los llamados carriers, dentro de los cuales tenemos el hidrógeno líquido, líquidos orgánicos y el amoniaco.
Una vez llegados al destino final, estos compuestos deben pasar por diferentes procesos para que puedan ser usados según el objetivo perseguido por el uso de hidrógeno. Todos estos procesos involucran gastos energéticos.
De esta manera:
- El hidrógeno líquido, dado su estado líquido y baja temperatura de -253[°C] debe ser regasificado para tener hidrógeno en estado gaseoso.
- Los líquidos orgánicos como el metilciclohexano, al llegar al lugar destino tienen que pasar por un proceso que sea capaz de retirar los átomos de hidrógeno y convertirlo en hidrógeno gaseosos (Hidrogenación).
- El amoniaco presenta la versatilidad que puede ser usado directamente o pasar por un proceso de cracking para convertirlo en Hidrógeno (H2).
Aplicaciones generales
Con una producción mundial estimada entre 61 y 65 [Mt/año], el hidrógeno se ha utilizado históricamente en refinerías para el procesamiento de petróleo crudo, así como en producción de metanol y amoníaco. También se utiliza en menor medida en la industria aeroespacial, en la fabricación de grasas y aceites, así como de metales, vidrios y electrónica. Por lo tanto, no es una industria nueva.
No obstante, dados los avances tecnológicos, hoy en el hidrógeno tiene muchas otras aplicaciones, dentro de las cuales se destacan: Movilidad, Re-electrificación, Blending con gas natural (inyección de hidrógeno en redes de gas natural), para la fabricación de combustible sintético y como materia prima en la industria química.
