¿Cómo producir hidrógeno verde? | Noticias de la Ciencia y la Tecnología (Amazings® / NCYT®)

El hidrógeno ha captado la atención como fuente de energía limpia, pero ¿cómo se fabrica el hidrógeno verde? A medida que el mundo avanza hacia una mayor conciencia medioambiental, se ha prestado más atención a la utilización de las energías renovables. Aquí es donde entra en juego nuestro protagonista.

El hidrógeno es un potente combustible debido a que es un elemento muy inestable, que tiende a combinarse con casi cualquier elemento de la naturaleza. Así, se generan reacciones químicas que emiten gran cantidad de calor en la mayoría de los casos. Sin embargo, tal como indica el famoso dictado de Antonie Lavoisier: “La energía ni se crea ni se destruye, tan solo se transforma”, para conseguir hidrógeno necesitamos aportar mucha energía.

Tipos de hidrógeno según su origen

Hasta la fecha se producía hidrógeno para procesos industriales, como el Hidrotratamiento y la producción de fertilizantes, y para procesos químicos. Sin embargo, se realizaba mediante métodos que generaban gran cantidad de emisiones contaminantes, principalmente CO².

✓ Hidrógeno gris

El hidrógeno gris se obtiene mediante el uso de combustibles fósiles, entre ellos el gas natural es el más utilizado. Se producen grandes cantidades de emisiones de CO² a la atmósfera. No obstante, es la forma más económica de producto hidrógeno actualmente, por lo que es el más utilizado.

✓ Hidrógeno azul

El hidrógeno azul se obtiene de igual forma con el uso de energía fósil. Sin embargo, durante la producción se utilizan técnicas de captura y almacenamiento del CO². Esto hace que el hidrógeno producido sea menos contaminante que el gris. Aunque no se consigue eliminar todas las emisiones tóxicas, solo reducirlas.

✓ Hidrógeno verde

El hidrógeno verde se obtiene a través de procedimientos con cero emisiones. El proceso de producción se lleva a cabo principalmente a través de la electrólisis del agua. Para poder efectuar la electrólisis se inyecta electricidad generada a partir de fuentes renovables, como la fotovoltaica y la eólica. Por ello es el hidrógeno más limpio y sostenible.

Lógicamente, el hidrógeno verde es el ideal para acompañar al resto de energías renovables en un nuevo modelo energético. Sin embargo, su coste de producción aún sigue siendo alto y la tecnología no está perfectamente implantada.

Nuevos estudios y nuevas técnicas

El interés en el hidrógeno aumenta a medida que van aflorando los problemas de las baterías de litio para el almacenamiento. Y es que, para fabricar las baterías solares, se genera un gran deterioro a nuestro planeta, amén de disputas políticas. Este es uno de los motivos de que la electromovilidad esté captando muchas críticas y aumenten las personas que no la apoyan.

Es por ello que muchas empresas y organismos siguen investigando en mejorar y abaratar la forma de producir el hidrógeno verde. Un ejemplo de ello es la membrana de polímero para electrolitos y los métodos de simulación y control de los procesos de fabricación del hidrógeno verde.

Proceso de producción del hidrógeno verde

El proceso básico para la generación de hidrógeno renovable se basa en la electrólisis del agua. Para ello se necesita un equipo en el que se inyecte agua y se aplique una corriente eléctrica suficiente para romper la molécula del agua. De esta forma se consigue separar sus elementos, es decir, hidrógeno y oxígeno.

Este proceso se debe realizar en una célula electroquímica formada por un cátodo y un ánodo, con una membrana de intercambio de protones, donde la membrana, fabricada con un polímero especial, se encuentre entre el ánodo y el cátodo. Esta membrana, denominada PEM por sus siglas en inglés, actúa como filtro para la separación física de las partículas que se han roto de la molécula del agua.

Así, cada elemento básico de la celda electrolítica tiene una importante función:

➕ Ánodo

El ánodo es el polo positivo que ayuda a la circulación de la corriente eléctrica. Gracias a él, el agua es oxidada catalíticamente en Protones (H⁺), Oxígeno (O₂) y Electrones (e-). Por lo general este ánodo se fabrica con Iridio/Rutenio.

⍈ PEM – Membrana de intercambio de protones

Como su nombre indica, solo los protones H⁺ pueden pasar para llegar al cátodo. Por desgracia, una pequeña cantidad de agua también es arrastrada, superando la barrera física que supone la membrana de polímero. Esto sucede por el llamado Arrastre Electro-Osmótico.

⚡ Electricidad

La electricidad necesaria poder realizar el proceso es aportada mediante plantas de energía eólica o solar fotovoltaica. Estas suelen instalarse en las cercanías de la planta de hidrógeno verde, de manera que proporcionan la corriente eléctrica necesaria para mover los electrones del Ánodo al Cátodo.

➖ Cátodo

Los protones y los electrones se combinan en el cátodo para producir moléculas de hidrógeno. El cátodo suele estar elaborado con platino/paladio.

Separadores

A la salida del electrolizador PEM se ha conseguido obtener hidrógeno por el lado del cátodo y oxígeno por la parte del ánodo. No obstante, en ambos sitios se ha arrastrado el agua que no se ha conseguido romper en sus componentes. Es por ello que se debe pasar las mezclas de agua e hidrógeno, y de agua con oxígeno por unos separadores.

Es allí donde el agua se separa de los flujos de Oxígeno e Hidrógeno. El agua recuperada se enfría y se reconduce de nuevo al Electrolizador PEM, junto con un nuevo aporte de agua para completar la cantidad adecuada a procesar.

Usos del hidrógeno renovable

Se habla mucho sobre los vehículos con celda de hidrógeno, incluso se han realizado pruebas con trenes de hidrógeno en Alemania. También se han desarrollado calderas domésticas para calefacción que funcionan con hidrógeno. Sin embargo, el uso doméstico del hidrógeno aún no es posible.

En primer lugar, porque la producción de hidrógeno verde es de momento muy limitada. Para poder alcanzar el nivel doméstico se tendrían que crear muchas más infraestructuras para generar ese hidrógeno.

Ahí está el segundo inconveniente, y es que si lo que pretendemos es usar hidrógeno renovable, en vez del gris o el azul, necesitamos generar mucha electricidad a partir de fuentes renovables. Pero, si ya tenemos esa electricidad,¿ por qué no usarla directamente en nuestras viviendas? Por ejemplo, utilizando bombas de calor para la climatización y obtener agua caliente sanitaria, en la iluminación y resto de electrodomésticos.

El tercer inconveniente sería la distribución del hidrógeno. Para ello se ha planteado la adaptación de la red de gasoductos y la distribución dentro de las ciudades con la red de tuberías ya instaladas. Sin embargo, eso requiere de tiempo y debería ser algo progresivo y hasta cierto punto caro.