miniaturadeimagen|Planta generadora de hidrógeno a partir de energía eólica, en Galicia.
El término hidrógeno verde o hidrógeno renovable (abreviado como H2V) se refiere a la producción de hidrógeno generada por energías renovables bajas en emisiones, tales como la energía solar y la eólica. Se distingue de otros métodos de producción como el del hidrógeno gris, el cual se obtiene con la técnica de reformado por vapor de gas natural y que representa el 95% del mercado comercial actual.
El hidrógeno verde certificado requiere una reducción de emisiones de >60-70% (dependiendo del organismo de certificación) por debajo del umbral de intensidad de emisiones de referencia (= emisiones de GEI de hidrógeno gris, por ejemplo, valores de referencia de acuerdo con la directiva de energía renovable RED II).
Hay varias vías para producir hidrógeno verde:
Electrólisis del agua con electricidad generada por fuentes de energía bajas en carbono Reformado con vapor de biometano Gasificación de biomasa Piro-reformado de glicerina de origen renovable Electrólisis de solución salina utilizando electricidad de fuentes renovables. La producción del hidrógeno verde es una tecnología innovadora que puede ayudar a la descarbonización del sector energético. Es una alternativa prometedora a los combustibles fósiles y puede contribuir a acelerar la transición energética, necesaria para mitigar el cambio climático.
Métodos de producción Existen varias formas prácticas de producir hidrógeno a partir de fuentes de energía renovables. La tecnología más interesante y prometedora es la producción de hidrógeno a través de la electrólisis del agua.
Una de ellas es mediante la conversión de electricidad en gas, en la cual se usa energía eléctrica renovable para producir hidrógeno a partir de un proceso denominado electrólisis, y la otra es usar gas de vertedero o biogás para producir hidrógeno en un reformador de vapor. El hidrógeno producido mediante esta última vía será considerado como hidrógeno verde siempre y cuando se cumplan con los requisitos de sostenibilidad establecidos.
El combustible de hidrógeno, cuando se produce a partir de fuentes de energía renovables como la energía eólica o solar, es considerado un combustible renovable.
El hidrógeno producido a partir de la energía nuclear a través de la electrólisis a veces es considerado un subconjunto del hidrógeno verde, aunque generalmente se le denomina "hidrógeno rosado" o "hidrógeno rosa".
Producción mediante electrólisis de agua En este proceso, la electrólisis descompone el agua en hidrógeno y oxígeno mediante el uso de electricidad. El hidrógeno verde se produce por medio de la división de la molécula de H2O en un proceso denominado electrólisis, el cual consiste en hacer circular corriente eléctrica a través del agua, para así separarla en hidrógeno y oxígeno.
Si la electricidad utilizada proviene de fuentes de energía renovables como la energía eólica o la energía solar, entonces todo el proceso energético es considerado como bajo en carbono. Este proceso no genera residuos ni emisiones de dióxido de carbono.«¿Qué es el Hidrógeno Verde?» Ministerio de Energía de Chile. Consultado el 23 de octubre de 2024.En ese caso, se lo puede clasificar como “hidrógeno verde”.Sin embargo, la mayor parte del hidrógeno producido a nivel mundial en 2020 se deriva de fuentes de combustibles fósiles y el 99 % del combustible de hidrógeno proviene de fuentes basadas en carbono, y no es hidrógeno verde.
Los principales métodos de electrólisis comercial actualmente son:
Alcalino: utiliza 2 electrodos en una solución alcalina, separados por una membrana que deja pasar iones hidroxilos (OH-) cuando se le aplica corriente, y evita la mezcla del oxígeno con el hidrógeno que resulta. PEM: Usa una membrana sólida de intercambio de protones y un electrolito polimérico sólido. Cuando se aplica corriente a la pila, el agua se divide en hidrógeno y oxígeno y los protones del hidrógeno pasan a través de la membrana para formar gas de hidrógeno en el lado del cátodo. SOEC: utiliza electrolizadores de óxido sólido, los cuales funcionan a temperaturas de entre 500 y 850 °C. El proceso se denomina electrólisis de alta temperatura (HTE) o de vapor y utiliza un material cerámico sólido como electrolito. Los electrones del circuito externo se combinan con el agua en el cátodo para formar gas de hidrógeno e iones de carga negativa. El oxígeno pasa entonces a través de la membrana cerámica deslizante y reacciona en el ánodo para formar gas de oxígeno y generar electrones para el circuito externo.
El alto costo de producción es el factor principal detrás del bajo uso de hidrógeno verde. No obstante, el Departamento de Energía de los Estados Unidos pronostica que se espera que el mercado del hidrógeno crezca, porque el costo de producción de hidrógeno caerá de $ 6/ kg en 2015 a tan solo $ 2/ kg para 2025. El precio de $ 2/ kg se considera un punto de inflexión potencial que hará que el hidrógeno verde sea competitivo frente a otras fuentes de combustible. Siemens ya ha desarrollado turbinas eólicas marinas que están equipadas para una mezcla de hidrógeno y, en consecuencia, ayudan a aumentar la producción de hidrógeno verde.
Usos El hidrógeno verde sirve como un combustible que, al ser utilizado, no genera CO2,lo que lo vuelve un complemento en el proceso de descarbonización para la lucha contra el cambio climático. Puede utilizarse directamente como fuente de energía, o bien, para fabricar productos limpios en la industria petroquímica y química, agricultura, transporte, entre otros.
Según BloombergNEF «el hidrógeno ofrece el mayor potencial para descarbonizar sectores difíciles de reducir como el acero, el cemento y el transporte pesado».
Transporte El hidrógeno se puede utilizar como combustible de hidrógeno para pilas de combustible o motores de combustión interna. Los vehículos de hidrógeno no se limitan a los automóviles, sino que también pueden incluir embarcaciones, vehículos mineros, trenes, aviones, camiones, buses, entre otros.«Uso de Hidrógeno Verde en el Transporte Terrestre». Ministerio de Energía de Chile. Consultado el 23 de octubre de 2024. Estos vehículos pueden funcionar como complemento a los vehículos eléctricos, para lograr una descarbonización del transporte.
En 2020, las principales empresas europeas anunciaron planes para pasar sus flotas de camiones a energía de hidrógeno. Además, Airbus ya está diseñando aviones propulsados por hidrógeno, para lanzar el primer vuelo comercial previsto para 2035. No obstante, Airbus ha advertido que el hidrógeno no se utilizará ampliamente en aviones antes de 2050.
Calefacción La descarbonización de los sistemas de calefacción residencial es un desafío importante en los países que actualmente dependen del gas natural. Una respuesta inmediata al problema es introducir hidrógeno verde en el proceso para reducir el contenido de carbono. El hidrógeno se puede utilizar para cocinar y calentar ambientes dentro de los hogares. Se espera que la calefacción de hidrógeno suministre energía a la mayoría de los hogares del Reino Unido para 2050. El gobierno británico tiene la intención de lanzar proyectos de demostración para mostrar cómo el combustible puede alimentar regiones que contienen cientos de hogares.
Industria del gas natural La infraestructura de gas natural posiblemente podría convertirse en un obstáculo si los países pretenden convertirse en carbono neutral. Como resultado, muchos países están considerando utilizar la infraestructura de gas actual para transportar hidrógeno. Si bien es factible hacer que los gasoductos transporten hidrógeno, también presenta desafíos, ya que muchos gasoductos y sus equipos tendrían que ser modificados para transportar el nuevo combustible. Un programa piloto en Cappelle-la-Grande,en Francia, ya ha mezclado hidrógeno en la red de gas de 100 hogares. Las plantas de energía alimentadas con gas natural también se pueden convertir para quemar hidrógeno y proporcionar energía de respaldo durante períodos de alta demanda.
Ventajas Existen diferentes ventajas de usar el hidrógeno verde como parte del sector energético.
El hidrógeno es el elemento químico más abundante de la naturaleza. Es un combustible universal, ligero y muy reactivo. Reduce las emisiones de CO₂. Se puede producir a partir de fuentes de energía renovables. Se caracteriza por una alta densidad energética. Un kilogramo de hidrógeno contiene el doble de energía que uno de gas natural o de otros combustibles fósiles. Es transportable en diferentes estados: líquido o gaseoso. Es versátil y se puede utilizar de forma innovadora.
Desventajas La producción de hidrógeno verde presenta algunas desventajas.
El hidrógeno es volátil. Es una sustancia inflamable, lo que lo convierte en un combustible peligroso para trabajar. La electrólisis es un proceso caro. El hidrógeno es un gas mucho más ligero que la gasolina, lo que dificulta su almacenamiento.
Crecimiento global del Hidrógeno Verde A partir de 2020, el mercado mundial del hidrógeno estaba valorado en $150 mil millones de dólares y se esperaba que alcanzara los $ 600 mil millones en 2050. Según los analistas de Fitch Solutions, el mercado mundial del hidrógeno podría saltar al 10 % para 2030. El número de inversiones en hidrógeno verde ha aumentado de casi ninguna en 2020 a 121 gigavatios en 136 proyectos en fases de planificación y desarrollo por un total de más de mil millones en 2021. Empresas de todos los países han formado alianzas para aumentar la producción de combustible en cincuenta veces en los próximos seis años.
Australia En Australia, el hidrógeno verde ha costado el doble que el hidrógeno convencional y que el hidrógeno azul, pero un informe de la Universidad Nacional Australiana de 2020 estimó que Australia podría producirlo a un precio mucho más barato, incluso en la actualidad, y podría igualar el precio del hidrógeno convencional y del hidrógeno azul (alrededor de A$2 por kilogramo ) para 2030, lo que sería competitivo en términos de costos con los combustibles fósiles. Un analista del mercado energético sugirió a principios de 2021 que el precio del hidrógeno verde bajaría un 70% en los próximos 10 años en los países que tienen energía renovable barata. En 2020, el gobierno aceleró la aprobación de la instalación de exportación de energía renovable planificada más grande del mundo en la región de Pilbara. Al año siguiente, las compañías de energía anunciaron planes para construir un "valle del hidrógeno" en Nueva Gales del Sur a un costo de $2 mil millones que reemplazaría la industria del carbón de la región.
Asia China es el líder del mercado mundial de hidrógeno con una producción de 20 millones de toneladas, lo que representa ⅓ de la producción mundial. Sinopec tiene como objetivo generar 500.000 toneladas de hidrógeno verde para 2025. Investigadores del Proyecto Harvard de China han indicado que el hidrógeno generado a partir de la energía eólica podría proporcionar una alternativa rentable para regiones dependientes del carbón como Mongolia Interior.
Japón Para convertirse en carbono neutral, el gobierno japonés tiene la intención de transformar la nación en una "sociedad del hidrógeno". La demanda de energía en Japón requeriría que el gobierno importara 36 millones de toneladas de hidrógeno licuado. Se proyecta que las importaciones comerciales de la nación sean 100 veces menores que esta cantidad para 2030, cuando se espera que comience el uso del combustible, lo que representa un serio desafío. Japón ha publicado una hoja de ruta preliminar que pedía que el hidrógeno y los combustibles relacionados suministraran el 10% de la energía para la generación de electricidad, así como una parte significativa de la energía para otros usos como el transporte marítimo y la fabricación de acero para 2050.