El hidrógeno en un contexto industrial: ventajas y desventajas con respecto a la producción y el almacenamiento de energía

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La transición energética de los procesos industriales se considera uno de los temas más importantes de nuestro tiempo, especialmente en el contexto de la protección del clima. El objetivo principal es descarbonizar los procesos industriales que anteriormente funcionaban con materias primas fósiles como el gas natural o el carbón. Con respecto a la reducción exitosa de las emisiones, el hidrógeno verde es muy prometedor, especialmente en áreas donde aún no es posible la electrificación directa de los procesos. Entonces, ¿dónde tiene sentido el uso de hidrógeno verde en los procesos industriales, técnica y económicamente hablando? ¿Qué hay de la escalabilidad?

Uso de hidrógeno en procesos industriales

«El hidrógeno verde es el petróleo del mañana», afirma con confianza el Ministerio Federal de Educación e Investigación de Alemania. En este contexto, Alemania sigue un rumbo claro como parte de la transición energética. El objetivo es utilizar hidrógeno verde, es decir, hidrógeno que se produce de forma neutra desde el punto de vista climático con la ayuda de electricidad renovable: minimizar la dependencia de muchos procesos industriales de los combustibles fósiles como el gas natural, el carbón o el petróleo crudo y, siempre que sea posible, acabar con ella por completo, en línea con la descarbonización que se necesita con tanta urgencia para la protección del clima. Con este fin, Alemania presentó la denominada «Estrategia Nacional del Hidrógeno» en 2020. Con esta estrategia, Alemania busca demostrar cómo es posible utilizar el hidrógeno verde para mantener la competitividad en el sector industrial, el transporte y el sistema energético. Al mismo tiempo, se amplía el enfoque para alcanzar los objetivos de protección climática y abrir nuevos mercados.

Producción de hidrógeno con gas natural

Aunque el hidrógeno en sí mismo es un gas incoloro, se hace una distinción entre hidrógeno verde, azul, gris y turquesa debido a las diferentes formas en que se produce. El hidrógeno verde es hidrógeno producido por la electrolisis del agua. Este proceso utiliza electricidad de fuentes de energía renovables, como la eólica o la solar. Por lo tanto, el hidrógeno verde se considera el «hidrógeno más limpio» y, en consecuencia, es el foco de la transición energética industrial. Por el contrario, el hidrógeno gris se produce generalmente a partir de gas natural fósil mediante reformado con vapor. Dado que el CO2 se emite a la atmósfera y se requiere gas natural para el proceso de producción, va a la zaga del hidrógeno verde en términos de protección del clima. La situación es bastante similar con el hidrógeno azul, pero con la diferencia de que, en este último caso, el CO2 liberado durante la producción se captura y almacena parcialmente en el suelo. El hidrógeno turquesa se produce por la división térmica del metano. Los procesos aún se encuentran en gran medida en desarrollo.

El hidrógeno verde como sustituto de los combustibles fósiles

El hidrógeno verde se considera una materia prima clave en el contexto de una transición energética exitosa. Funciona como combustible en las pilas de combustible y como materia prima para procesos industriales; al mismo tiempo, también existe la posibilidad de utilizarlo para almacenar y transportar energía. Esto hará que el suministro de energía del futuro sea mucho más flexible. En la industria del acero, por ejemplo, el hidrógeno verde puede reemplazar al carbón como agente reductor y, por lo tanto, contribuir notablemente a la descarbonización. En la industria química, por otro lado, se necesita hidrógeno para reemplazar el petróleo crudo como materia prima. Además, el hidrógeno verde puede calentar hornos industriales, por ejemplo, en las industrias del vidrio, el cemento y el acero. El hidrógeno verde también es relevante para el uso de gases residuales y su conversión en fertilizantes, precursores sintéticos y de combustibles.

Descarbonización con hidrógeno en procesos no electrificables

Según el Consejo Nacional del Hidrógeno, las aplicaciones industriales más importantes del hidrógeno verde se encuentran actualmente en las industrias siderúrgica y química, ya que muchos procesos aquí aún no están electrificados o solo pueden electrificarse con gran dificultad. Las cantidades requeridas de electricidad simplemente serían demasiado caras o no estarían disponibles en las dimensiones necesarias. Sin embargo, los expertos señalan reiteradamente que el uso del hidrógeno verde debe permanecer limitado a estas áreas, ya que la fuente de energía no estará disponible de forma generalizada y rentable en un futuro próximo. 

Hidrógeno verde: ventajas y desventajas de un vistazo

El hidrógeno verde es una gran fuente de esperanza en la industria debido a sus cero emisiones y a su amplia gama de aplicaciones. Sin embargo, además de las ventajas, también existen desafíos clave que hasta ahora han impedido su uso generalizado.

Hidrógeno verde para almacenamiento de energía

El hidrógeno no solo es una fuente de energía y materia prima, sino también una opción de almacenamiento de energía renovable. Si hay excedente de electricidad verde, se puede utilizar para producir hidrógeno, que luego se puede almacenar para proporcionar electricidad y calor nuevamente cuando sea necesario. 

 

En este contexto se utilizan diversas tecnologías. Los más conocidos son probablemente los denominados sistemas de almacenamiento de gas comprimido, que presionan el hidrógeno gaseoso en tanques a muy alta presión, y los sistemas de almacenamiento de hidrógeno líquido. Utilizando una gran cantidad de energía, estos últimos almacenan hidrógeno que previamente se ha enfriado a -253 °C como líquido criogénico. 

Desafíos al utilizar hidrógeno verde en procesos industriales

A pesar de sus numerosas ventajas, el uso del hidrógeno verde como medio de almacenamiento de energía en los procesos industriales no está exento de problemas. En la mayoría de los países, la producción de hidrógeno verde aún se encuentra en una fase inicial. Por ejemplo, el año pasado se contabilizaron un total de 54 proyectos de conversión de energía a gas en Alemania. (Fuente: Statista Research). La principal desventaja del hidrógeno verde es el coste comparativamente alto de producción y adquisición. Después de todo, el hidrógeno verde es más caro que los hidrógenos gris y azul de origen fósil y es difícil de escalar, especialmente para las empresas industriales. 

 

Si bien el hidrógeno verde de acceso público aún no está disponible en cantidades suficientes para su uso industrial a gran escala, las instalaciones de producción internas de hidrógeno verde (las denominadas «plantas de conversión de electricidad a gas») requieren altos costes de inversión por parte de las operaciones industriales. Otro desafío que dificulta el uso del hidrógeno verde como medio de almacenamiento de energía en un contexto industrial es la eficiencia comparativamente baja de la electrolisis del agua, es decir, la separación del agua en hidrógeno y oxígeno mediante corriente eléctrica. La eficacia actualmente asciende a aproximadamente el 70 por ciento. Tras la reversión, esto significa que se pierde alrededor del 30 por ciento de la energía utilizada originalmente, particularmente en forma de calor. El almacenamiento, el transporte, la utilización y la posible reconversión en electricidad reducen aún más la eficiencia. Por lo tanto, siempre que sea posible, la electricidad procedente de fuentes renovables debe utilizarse directamente.

Los sistemas de almacenamiento de energía térmica y sus ventajas frente al hidrógeno verde

Según el statu quo, el hidrógeno verde no estará disponible de forma generalizada en un futuro próximo. Por lo tanto, por el momento, seguirá siendo demasiado valioso para quemarlo como carga base. Por lo tanto, su uso debe limitarse a áreas en las que no sea posible una electrificación directa.

 

Las soluciones de almacenamiento de energía térmica, como la ThermalBattery™ que ofrece ENERGYNEST, representan una alternativa rentable y fiable para almacenar energía renovable y utilizarla para la electrificación de procesos industriales, lo que implica una eficiencia significativamente mejor que el hidrógeno. Con pérdidas mínimas, la energía se almacena en forma de calor dentro de la batería y se libera cuando se necesita. Junto con las calderas eléctricas, la energía de fuentes renovables se puede utilizar para proporcionar el calor necesario para los procesos industriales. La eficiencia de la ThermalBattery™ es del 98 por ciento, en comparación con el 50 por ciento cuando se usa hidrógeno verde.

 

Información de utilidad: La tecnología de los sistemas de almacenamiento de energía térmica, como los utilizados en el ThermalBattery TM, ha alcanzado la madurez del mercado hace tiempo. Su rápida disponibilidad les da una ventaja sobre las soluciones de hidrógeno, especialmente en aplicaciones industriales para la electrificación de procesos, donde muchas tecnologías aún se encuentran en fase de pruebas científicas.

 

Otro beneficio innegable es el hecho de que los sistemas de almacenamiento de energía térmica se pueden integrar de forma fácil y rentable en muchos procesos industriales. Según los estudios, la rentabilidad de la reducción de las emisiones de CO2 es particularmente rápida. Todo esto hace que el almacenamiento térmico sea una solución de electrificación atractiva y fácilmente escalable para procesos industriales.  

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