El hidrógeno, clave para la transición energética

Tebas


 El hidrógeno es una materia prima ampliamente utilizada y con múltiples aplicaciones en la industria, sobre todo en la química y el refino. Hoy en día, la tecnología más extendida para la producción de hidrógeno convencional es el reformado con vapor a partir de gas natural. La búsqueda de soluciones para reducir la intensidad de carbono que conlleva la producción de este hidrógeno es uno de los ejes de trabajo prioritarios del área de Tecnología de Repsol.

En la transición energética, el hidrógeno renovable y el de baja huella de carbono se perfilan como dos vectores energéticos de gran potencial con utilidades no solo industriales, sino también para la movilidad o en el sistema eléctrico, siempre y cuando cuenten con un marco regulatorio adecuado que permita el desarrollo de este tipo de proyectos y haga posible su rentabilidad. Repsol trabaja en varias opciones tecnológicas -que se encuentran en distintas fases de madurez- para generarlos de forma competitiva y mejorar la eficiencia de sus procesos industriales.

“Se estima que, una vez desplegados en todas sus posibles aplicaciones, el hidrógeno renovable y el de baja huella de carbono podrían llegar a suponer entre el 10 y el 20% del consumo energético mundial”, explica Elena Verdú, científica senior de Desarrollo de Procesos de Repsol Technology Lab. Por ello, “dentro de nuestro compromiso con la transición energética, apostamos por el desarrollo de tecnologías de producción de este tipo de hidrógenos”.

Múltiples utilidades

El hidrógeno renovable y el de baja huella de carbono tienen como principales ventajas la versatilidad de sus usos energéticos, además de ser alternativas más sostenibles que el hidrógeno convencional que se emplea en la industria. En el caso de Repsol, el hidrógeno renovable servirá principalmente como materia prima para fabricar combustibles sintéticos con cero emisiones netas, que se producen con agua y CO2 como únicas materias primas. Podrán utilizarse en motores de combustión como los que se instalan actualmente en los automóviles en España y en todo el mundo, y también en aviones, camiones y en otras aplicaciones. Según Elena Verdú, “los combustibles sintéticos producidos con hidrógeno renovable serán esenciales para descarbonizar sectores difícilmente electrificables, como el transporte marítimo o aéreo”.

El hidrógeno renovable y el de baja huella de carbono podrían suponer entre el 10 y el 20% del consumo energético mundial

Siguiendo con la movilidad, el vehículo de pila de combustible propulsado por hidrógeno es una de las opciones para descarbonizar el transporte pesado y de largo recorrido por carretera, principalmente. Cuando esta tecnología se desarrolle plenamente, “se prevé que pueda ser complementaria con el vehículo eléctrico de batería”, apunta Verdú.

Tanto el hidrógeno renovable como el de baja huella de carbono pueden emplearse también para almacenar a gran escala los excedentes de electricidad renovable que se van a producir a medida que aumente la cuota de este tipo de energías. El coste de la electricidad renovable será previsiblemente muy bajo en los momentos en que la generación supere a la demanda, por lo que se podría utilizar para generar hidrógeno a un precio competitivo. Esa energía almacenada se puede utilizar para volver a generar electricidad (power to power), pero también destinarse a su uso industrial o a la generación combinada de electricidad y calor en el ámbito doméstico.

Repsol es el primer productor y el primer consumidor de hidrógeno en España, al contar con algunos de los centros industriales más importantes del país. En concreto, el hidrógeno es un componente clave para sus procesos de refino. Se usa en los tratamientos de desulfuración (para reducir los compuestos de azufre en los productos intermedios de petróleo como el diésel) e hidrocraqueo (para aumentar el rendimiento del producto), que mejoran la calidad medioambiental de sus combustibles.

Repsol desarrolla nuevas tecnologías para producir hidrógenos más sostenibles

Hidrógeno de baja huella de carbono con captura de CO2

Una de las alternativas al hidrógeno convencional es el hidrógeno de baja huella de carbono, producido también por reformado de vapor a partir de materias primas fósiles, pero incorporando sistemas de captura del CO2 asociado al proceso. Se prevé que esta ruta pueda alcanzar la competitividad antes que otras alternativas. “El desarrollo de las diferentes aplicaciones del hidrógeno de baja huella de carbono con captura de CO2 haría posible que las infraestructuras y el mercado estén más maduros y consolidados cuando el hidrógeno renovable alcance la competitividad”, explica Elena Verdú.

Las posibilidades del hidrógeno renovable

Una de las tecnologías para producir hidrógeno renovable consiste en utilizar el proceso convencional, pero cambiando la materia prima fósil por una materia de origen bio, como puede ser un biometano. Este biometano se obtiene a partir del tratamiento de desechos biológicos, lodos de aguas residuales, residuos orgánicos domésticos e industriales o biomasa. Se trata de una opción que permite seguir utilizando las instalaciones actuales.

Otra alternativa que contempla Repsol es la electrólisis a partir de agua, que “consiste en la separación de la molécula de agua en hidrógeno y oxígeno mediante la aplicación de energía eléctrica. Siempre que esta electricidad provenga de una fuente renovable, el hidrógeno producido conlleva cero emisiones de CO2 ”, detalla Verdú.

La electrólisis con energía eléctrica renovable será el proceso empleado para producir el hidrógeno renovable que se utilizará, junto con CO2 capturado, para elaborar los combustibles sintéticos con cero emisiones netas que Repsol fabricará en su futura planta de Bilbao, que según las previsiones estará operativa en un plazo de 4 años. Su desarrollo supone un reto tecnológico de primer orden que está liderado por el centro de investigación Repsol Technology Lab. La instalación será de referencia en Europa por la tecnología punta aplicada y por el uso del CO2 capturado en la cercana refinería de Petronor (uno de los principales centros industriales de España y socio de Repsol en este proyecto, junto con Saudi Aramco y el Ente Vasco de la Energía, referente público en transición energética).

El hidrógeno renovable y el CO2 serán las materias primas de los combustibles sintéticos que Repsol fabricará en Bilbao

También se avanza en los sistemas de producción de hidrógeno renovable mediante fotoelectrocatálisis, que consiste en la conversión directa de energía solar y agua para la producción de hidrógeno. “Con este sistema podríamos obtener un hidrógeno renovable competitivo y con un menor gasto energético”, porque su principal ventaja frente a la electrólisis “es que no se necesita electricidad y no depende de su precio, lo que permite una reducción significativa de los costes operativos”. Si bien se trata de una opción aún incipiente, Repsol está desarrollando una tecnología propia de fotoelectrocatálisis para producir hidrógeno a partir de energía solar. Este desarrollo se realiza junto con Enagás y también participan varios centros de referencia como el Instituto de Investigación en Energía de Cataluña, la Universidad de Alicante y la Fundación del Hidrógeno de Aragón.

Los grandes retos de la próxima década

El hecho de que el hidrógeno renovable tenga un coste superior al producido por procesos convencionales supone ahora mismo el principal hándicap para el definitivo despegue de esta tecnología. “En el caso de su obtención por electrólisis, el factor más determinante es el precio de la electricidad, que supone el 70-75% del gasto”, señala Elena Verdú. Sin embargo, el esperado desarrollo de las técnicas de electrólisis hará que “se reduzca la inversión y aumente su eficiencia”.

Aun así, para que las soluciones basadas en el hidrógeno sean competitivas, uno de los requisitos fundamentales consiste en contar con un marco normativo adecuado que, a partir de la Hoja de Ruta aprobada por el Consejo de Ministros el pasado 6 de octubre, sea capaz de facilitar el desarrollo de este tipo de proyectos. Es imprescindible lograr reducir la importante diferencia en costes que existe  con la tecnología convencional, de forma que los productos fabricados con estas tecnologías alternativas no pierdan competitividad en el mercado. “Solo de esta forma se podrá producir la verdadera eclosión de esta tecnología”, destaca Verdú.

Por tanto, la próxima década será determinante para el éxito del hidrógeno renovable y el de baja huella de carbono en la transición energética y el desarrollo de toda la cadena de valor asociada.

Infografía hidrógeno

 

El Gobierno de España aprueba su hoja de ruta para el desarrollo del hidrógeno renovable

A principios de octubre, el Gobierno español ha aprobado un ambicioso plan de inversiones de 8.900 millones de euros hasta 2030 destinado a desarrollar la industria del hidrógeno renovable durante la próxima década, ya que se considera clave para que España alcance la neutralidad climática, con un sistema eléctrico 100% renovable, antes de 2050.

El esfuerzo inversor pasa por la colaboración público-privada en la puesta en marcha de proyectos de producción de hidrógeno renovable y generación eléctrica renovable asociada, adaptaciones industriales y movilidad. En ese sentido, ya se cuenta con proyectos de las principales compañías energéticas que operan en el país.