La revolución del hidrógeno y un innovador invento para almacenarlo en forma de polvo

ENERGÍA 15/09/2022 Por El Confidencial / HyE
NUEVOS AVANCES AMENAZAN LA HEGEMONÍA DE LAS BATERÍAS DE LITIO
HIDRÓGENO
Hidrógeno


OMAR KARDOUDI

Han sido unos días intensos para el futuro del hidrógeno ‘verde’ como fuente de combustible y de almacenamiento de energía barato y limpio. Las últimas semanas ha habido cambios regulatorios por parte de los Estados y nuevos avances en el campo de la ciencia y la ingeniería que pueden adelantar su adopción generalizada.

Llevamos años hablando del hidrógeno como una de las mejores opciones para almacenar nuestra energía renovable y para alimentar de manera barata y sin emisiones a nuestros barcos, aviones y coches —cuya viabilidad futura está amenazada por la escasez de materiales para fabricar sus baterías de litio—. Pero el gran problema del hidrógeno es conseguir producirlo sin usar combustibles fósiles. Según un estudio realizado el año pasado por el Centro de Política Energética Mundial de la Universidad de Columbia, el 98% del hidrógeno que se fabrica globalmente emplea alguna forma de combustible fósil para la extracción. Pero "todos los productores actuales de hidrógeno quieren producir hidrógeno limpio", explicó para la CNBC, Elina Teplinsky, abogada y portavoz de la ‘Nuclear Hydrogen Initiative’, un grupo que trabaja para impulsar el desarrollo de la industria del hidrógeno nuclear.

EEUU da un paso firme con el hidrógeno
Según este medio estadounidense, la nueva Ley de Reducción de la Inflación, firmada por el presidente Joe Biden hace unas semanas, incluye una rebaja fiscal que hará más viable económicamente el uso de la tecnología de captura y almacenamiento de carbono para reducir las emisiones que genera la extracción de hidrógeno.

 Esta desgravación fiscal se podrá realizar durante los próximos 10 años y su cuantía variará en función del grado de ‘limpieza’ de la producción del hidrógeno. Si no hay emisiones en el proceso, la rebaja alcanza un máximo de tres dólares por kilogramo de hidrógeno producido. A partir de ahí se irá reduciendo la cuantía proporcionalmente en función de la cantidad de emisiones liberadas, siempre que sea inferior a las técnicas de producción actuales.

La ley también beneficiará a las empresas que busquen producirlo sin emisiones y que lo usen como sustituto de los combustibles fósiles. Este tipo de transición de la industria, explican, requerirá una inversión entre siete y ocho billones de dólares hasta 2050, aunque se estima que podría llegar a generar unos tres billones de dólares de ingresos anuales, según el informe del Consejo del Hidrógeno y McKinsey.

Europa lo apoya también, pero menos
En Europa la apuesta por el hidrógeno es más tímida. Hace unos días el medio especializado Recharge tuvo acceso a la carta que Jorgo Chatzimarkakis, director general de la asociación de empresas ‘Hydrogen Europe’, le envió a Ursula von der Leyen, presidenta de la Comisión Europea. La misiva avisaba que Europa se enfrenta a un "éxodo masivo" de su industria del hidrógeno ‘verde’ hacia el mercado estadounidense, que tiene una regulación más favorable para su implantación. Chatzimarkakis pedía a la Comisión dar marcha atrás en los requisitos de adicionalidad que estaban planteando y que se establezcan rápidamente reglas más sencillas de apoyo normativo y financiero.

"Las normas del Acto Delegado son desproporcionadas y harán que el hidrógeno renovable europeo sea insuficiente para las necesidades de la industria y no sea competitivo frente al hidrógeno renovable no europeo", escribe Chatzimarkakis. Los miembros de la UE están ahora debatiendo este Acto Delegado como parte de una revisión de su Directiva de Energías Renovables.

El objetivo de la UE con esta medida es que el hidrógeno ‘verde’ no debilite el suministro de energía renovable que ayudará a descarbonizar los sistemas eléctricos y liberar a la Unión de la dependencia del gas ruso. "No nos oponemos al principio de adicionalidad, ya que estamos a favor de aumentar las energías renovables para el hidrógeno ‘verde’", comentó Chatzimarkakis para Recharge. "El problema es la correlación temporal en el cómputo horario".

La presidenta de la Comisión Europea, Ursula von der Leyen. (EFE)
 

Según explica el medio especializado en energías renovables, las normas propuestas implican que, si hay un corte en el suministro de la energía renovable que produce el hidrógeno —se para el viento y los molinos no se mueven, por ejemplo—, será muy difícil obtener energía renovable alternativa en una hora. Esto trastocaría la eficiencia del sistema de producción y haría que la planta perdiera la etiqueta de "renovable".

Entre tanto la ciencia sigue avanzando
Mientras los políticos discuten, los científicos e ingenieros siguen avanzando en métodos de producción de hidrógeno más baratos y eficientes. De hecho en los últimos días hemos visto algunas tecnologías nuevas que pueden solucionar muchos de los problemas que están ralentizando su adopción.

Hace apenas una semana publicábamos aquí el descubrimiento de un grupo de la Universidad de California, Santa Cruz, que apenas gasta energía y que extrae grandes cantidades de hidrógeno. Los investigadores han dado con un nuevo método para extraerlo del agua que se basa en la gran eficiencia de la reacción de las nanopartículas de aluminio con un compuesto rico en galio. Este compuesto, aseguran sus creadores, se puede fabricar desde fuentes como el papel de aluminio o latas usadas y permite recuperar y utilizar el galio varias veces sin perder su eficacia.

El nuevo método usa aluminio y el galio para genera una gran cantidad de hidrógeno. (UCSC)

También esta semana se publicaba el trabajo de unos Investigadores surcoreanos que han encontrado una forma de producir hidrógeno de forma más barata —no utiliza platino para realizar la electrólisis— y que produce 20 veces más hidrógeno que los métodos tradicionales. Los investigadores queman un trozo de tela a más de 900 grados Celsius para hacer que fluya la electricidad a través de él. Luego la tela se coloca en una solución de níquel metal y se aplica una corriente eléctrica haciendo que la capa de metal se pegue a la tela. El proceso se llama galvanoplastia y tiene la propiedad de transformar el tejido en un nuevo material que mejora la reacción.

Este nuevo electrodo, dicen sus creadores, puede producir hidrógeno con poca energía, manteniendo la estabilidad y la adherencia del metal. "Este material demuestra la posibilidad de sustituir los catalizadores metálicos por catalizadores no metálicos”, dicen los investigadores. “Además, nunca se había informado de un funcionamiento tan prolongado y estable, incluso a la alta densidad de corriente de 2.000 miliamperios".

El último método que hemos visto en estos días promete extraer hidrógeno del mismo aire. Sus creadores, un grupo de investigadores de la Universidad de Melbourne, en Australia, lo ha diseñado para zonas áridas con poco acceso al agua. El nuevo método se basa en una espuma porosa de vidrio que se empapa de un electrolito que absorbe la humedad y el agua del aire. Luego se aplica electricidad procedente de una fuente de energía renovable para dividir el agua absorbida en oxígeno (que se libera) e hidrógeno (que se almacena).

Una vez comprobada la estabilidad y eficiencia del sistema, los investigadores formaron una torre con cinco de estas unidades y la conectaron a un panel solar. Midieron la producción de hidrógeno de la torre a lo largo de dos días en el campus de la universidad y comprobaron que producía hidrógeno de forma fiable. Es sitema consiguió extraer 1.490 mililitros el primer día y 1.188 el segundo, cuando las condiciones meteorológicas eran peores.

Está por ver si estos métodos de extraer y almacenar hidrógeno —u otros también muy prometedores de los que hemos hablado de manera extensa en Novaceno— se llegan a adoptar a escala industrial. El apoyo por parte de los Estados será crucial para su desarrollo. Pero si lo hacen, como está haciendo EEUU, estaremos más cerca de tener una herramienta más en nuestro kit energético que nos ayude a evitar los efectos del cambio climático y a reducir la dependencia del suministro que nos llega de otros países.


Hidrógeno en polvo: un invento innovador que facilita su transporte en los vehículos eléctricos


GONZALO GARCÍA

Un equipo de investigadores de la Universidad australiana de Deakin ha descubierto la manera de almacenar el hidrógeno en forma de polvo utilizando para ello nitruro de boro que facilita enormemente su transporte en vehículos eléctricos propulsados por pila de combustible. Se trata de una innovación que puede impulsar significativamente esta tecnología ya que elimina la necesidad de transportar el hidrógeno en tanques presurizados que encarecen todo el sistema y añaden problemas de inseguridad.

Las celdas de combustible de hidrógeno son actualmente una de las alternativas al empleo de baterías electroquímicas para alimentar vehículos eléctricos. Esta tecnología permite sobre todo una mayor velocidad de repostaje, similar al que se necesita para llenar un tanque de combustible de gasolina o diésel. A cambio se obtienen autonomías similares a las que ofrecen estos combustibles fósiles, que también están siendo ya alcanzadas por las baterías.

Sin embargo, el hidrógeno añade algunas limitaciones que no tienen las baterías. Uno de ellos es el coste energético que se necesita para su obtención que precisan un proceso de electrolisis. La solución es empleo de hidrógeno verde, aquel que se obtiene usando solo fuentes de energía renovables, aunque esta alternativa si bien acaba con las emisiones de CO2, no puede eliminar la ineficiencia energética del proceso. Otro de los grandes inconvenientes del hidrógeno es su almacenamiento y transporte. Al ser el hidrógeno un gas volátil, este proceso es problemático además de ser un riesgo para la seguridad puesto que puede encenderse y explotar con cierta facilidad.

En este último punto es en el que han trabajado los investigadores de la Universidad australiana de Deakin, que han hecho un importante descubrimiento. Este reúne dos líneas de trabajo. La primera es el empleo de nitruro de boro, un elemento químico utilizado particularmente en la industria de los semiconductores en particular. Las segunda es la aplicación de un proceso mecano-químico, una acción mecánica que tiene la propiedad de transformar un elemento químico.

El diagrama muestra el interior de la centrifugadora en la que la acción de las bolas de metal permite romper la estructura del hidrógeno que luego se adhiere al nitruro de boro.

Al unirlas, el equipo australiano logró transformar el hidrógeno en polvo. Más específicamente, en el interior de una centrifugadora se colocan una bolas de metal cuya acción permite romper la estructura del hidrógeno que luego se adhiere al nitruro de boro tomando la forma de un polvo. Posteriormente, el producto de este proceso se puede recalentar, lo que libera el hidrógeno inalterado que se puede aspirar y usar.

Las ventajas que ofrece este descubrimiento son numerosas. Según los investigadores, el hidrógeno es mucho más fácil de almacenar en forma de polvo, por lo que su transporte y uso se simplificarían. Por otro lado, el proceso no requiere materiales raros ya que el nitruro de boro se puede producir sintéticamente sin gran dificultad. La transformación en polvo también consume 90 veces menos energía que el refino del petróleo, que es una etapa en la producción de los combustibles fósiles.

Arquitectura mecánica de un vehículo de pila de combustible actual (Toyota Mirai) que precisa de grandes tanques presurizados para transportar el hidrógeno.

“Este experimento demuestra que existe una alternativa mecano-química para la producción de hidrógeno que no requiere de alta presión ni de bajas temperaturas. Por lo tanto, representa una forma mucho más barata y segura de desarrollar vehículos de hidrógeno”, ha asegurado el profesor Ying Chen, director de la investigación. La siguiente etapa de este experimento será su validación industrial a través de un demostrador que permitirá considerar o no esta solución para acelerar el desarrollo del hidrógeno.

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