Si las energías renovables jugasen un partido de fútbol, el hidrógeno verde ocuparía la posición de central. No es el jugador que marca los grandes goles, ni tampoco el portero que hace paradas espectaculares. Pero sí sería ese mediocampista que articula el juego, que a veces se adelanta para asistir en un gol o retrocede para defender la meta. Y es que es una energía limpia de gran potencial por su versatilidad. Puede generar electricidad, almacenarla, destinarse a pilas de combustible o simplemente utilizarse como fuente calorífica en procesos industriales. Es lo que se conoce como un vector energético.
Rafael d’Amore, profesor en la Universidad Politécnica de Madrid y miembro del Grupo de Investigación de Pilas de Combustible, Tecnología del Hidrógeno y Motores Alternativos (PiCoHiMA) nos explica el concepto de vector y el motivo de su importancia: “La generación renovable es, por naturaleza, variable, y la demanda no siempre coincide en el tiempo con la producción. En esos casos, el uso de vectores energéticos como el hidrógeno cobra sentido como solución de desacoplamiento temporal: permite almacenar energía en momentos de exceso y utilizarla cuando es necesaria”.
Ya entrando en las tecnologías de producción, añade: “Hoy en día, la opción más consolidada es la electrólisis del agua alimentada con electricidad renovable (principalmente solar o eólica). Es la tecnología más madura, ya disponible a escala comercial, y la que ofrece mayor certidumbre en el corto y medio plazo. Por eso, previsiblemente, será la base del despliegue inicial del hidrógeno verde”.
Para que brille verdaderamente como lo hace la eólica o la fotovoltaica, eso sí, aún es preciso alcanzar una mayor eficiencia en los procesos de producción. En este último punto, crucial para alcanzar costes competitivos, tiene mucho que decir la innovación tecnológica.
Y en ese campo hay numerosos avances, desde nuevos materiales hasta iniciativas de economía circular que aprovechan residuos agrícolas. Tal como explica d’Amore, “están emergiendo alternativas con gran potencial a largo plazo. Entre ellas destacan las tecnologías solares directas, como la fotoelectrólisis o la fotocatálisis, que buscan producir hidrógeno directamente a partir de la radiación solar sin necesidad de generar electricidad previamente. En teoría, al reducir pasos intermedios, podrían alcanzar mayores eficiencias globales”. Uno de los más recientes es una batería solar que convierte la energía fotovoltaica en hidrógeno verde, pero existen otros enfoques igualmente prometedores que procedemos a contarte.
Qué voy a encontrar en este artículo:
La capacidad de almacenamiento energético que ofrece el hidrógeno verde queda de manifiesto en el prototipo que han desarrollado en los laboratorios de la Universidad de Ulm en Alemania y que acaba de anunciarse en la revista Nature Communications. El equipo científico ha creado un sistema que logra la conversión de energía solar en energía química para luego liberarla en forma de hidrógeno a los pocos días.
El sistema se basa en un copolímero soluble en agua capaz de generar reacciones redox. Las baterías redox te las explicábamos en este artículo, pero son sistemas de almacenamiento energético líquido con capacidad de carga/descarga casi ilimitada. Gracias al uso de un ácido y de un catalizador de hidrógeno, los electrones procedentes de la energía fotovoltaica almacenados en el polímero se combinan con protones y producen hidrógeno bajo demanda con una eficiencia del 72 %. Este proceso no requiere de luz solar y, dado que la solución puede neutralizarse alterando el pH, es posible recargarla de nuevo.
Que la piel de naranja es un residuo versátil ya lo hemos visto en otras ocasiones, como en este artículo sobre su uso para extraer compuestos valiosos de las baterías usadas. Y quien haya paseado por Sevilla en invierno y visto los árboles que flanquean sus calles, habrá constatado que se trata de la capital mundial de la naranja. No es casualidad, pues, que haya sido la Universidad de Sevilla quien haya ideado un sistema para extraer hidrógeno verde de los residuos cítricos que se generan en la comarca.
El uso de agua supercrítica permite generar un gas rico en hidrógeno que puede almacenarse en amoníaco para su uso posterior.
La propuesta del departamento de Ingeniería Química y Ambiental de esta universidad pasa por emplear la gasificación con agua supercrítica, es decir, agua sometida a gran temperatura y elevadas presiones. Al emplear este sistema, no es preciso deshidratar la biomasa en primera instancia y se genera un gas rico en hidrógeno que puede almacenarse en amoníaco para su uso posterior. Según los cálculos de los investigadores, 10 toneladas de biomasa podrían producir el equivalente energético a 28 bombonas de butano de 12 kg. El sistema aún se encuentra en fase teórica, pero se espera que pase a la fase experimental pronto.
“Su principal valor es la circularidad: convierte un residuo en un recurso energético. No obstante, su potencial está limitado por la disponibilidad de materia prima y, además, el hidrógeno obtenido suele requerir etapas adicionales de purificación si se destina a aplicaciones exigentes, como las pilas de combustible”, apunta d’Amore.
Si las mondaduras de naranja son versátiles, las cáscaras de huevo no quedan a la zaga. De hecho, hace un tiempo dedicamos un artículo a glosar las aplicaciones de este humilde residuo, desde el desarrollo de baterías a la producción de biodiésel, gracias a la elevada proporción de carbonato cálcico que contiene. Ahora, a sus aplicaciones se suma el hidrógeno verde.
En 2024 el Instituto de Ciencia y Tecnología de Corea anunció un nuevo sistema de electrólisis basado en la membrana de las cáscaras de huevo. El estudio demostró que la estructura porosa y el calcio natural de las cáscaras pueden transformarse en un catalizador de bajo coste capaz de dividir las moléculas de agua. La elevada porosidad del material permite recubrirlo con nanopartículas de níquel y rutenio que optimizan la electrólisis al multiplicar la superficie de contacto del catalizador.
Usar energía renovable para desalar agua y generar hidrógeno verde. Eso es lo que han prometido los investigadores de la Universidad de Cornell. En su caso han utilizado un sistema de destilación y electrólisis del agua (HSD-WE, por sus siglas en inglés). Su dispositivo, que ya se encuentra en fase experimental, produce 200 mililitros de hidrógeno verde por hora con una eficiencia energética del 12,6 % a partir de agua de mar y luz solar.
El calor residual se destina a la evaporación el agua que, al estar purificada por destilación se somete luego a electrólisis con energía fotovoltaica para obtener hidrógeno.
Para producir hidrógeno verde es preciso utilizar agua desionizada cuyas moléculas se separan en hidrógeno y oxígeno por medio de electrólisis. La necesidad de utilizar agua con ese nivel de pureza eleva sustancialmente el coste del hidrógeno verde. Sin embargo, el prototipo que han desarrollado aprovecha la energía solar para convertirla en electricidad y calor. El calor residual se destina a la evaporación el agua que, al estar purificada por destilación se somete luego a electrólisis con energía fotovoltaica para obtener hidrógeno. Los investigadores creen que su sistema podría rebajar el coste de producción de hidrógeno verde a un dólar por kilo para finales de la década de 2030.
El uso de fauna microbiana en procesos industriales es algo muy común. Ya sea para la depuración de aguas residuales por medio de bacterias anaerobias como el proyecto Life Celsius de ACCIONA o su uso para la producción de bioelectricidad. Ahora uno de los últimos usos de bacterias son las celdas de electrólisis microbiana (MEC, por sus siglas en inglés).
Un sistema MEC de 150 litros ha permitido producir hidrógeno verde durante 80 días y, de paso, depurar aguas residuales.
La Universidad de Barcelona está trabajando en el uso de esta tecnología para llevar a cabo el proceso de electrólisis en dos líquidos: aguas residuales y un electrolito. El electrodo en contacto con el agua residual (el ánodo) aprovecha la energía de microorganismos electroactivos que oxidan la materia orgánica mientras que en el otro electrodo (el cátodo) los electrones generados producen hidrógeno verde. Para el experimento se usó un sistema MEC de 150 litros que operó durante 80 días con una elevada producción de hidrógeno acompañada de la depuración de las aguas residuales.
Como se puede observar hay muchas técnicas prometedoras para la producción de hidrógeno verde en el futuro. “En conjunto, lo más probable es que el futuro del hidrógeno verde no dependa de una única tecnología, sino de la combinación de varias. La electrólisis liderará el despliegue inicial, mientras que otras rutas complementarias irán ganando peso en función de su evolución tecnológica y de las necesidades específicas de cada contexto”, señala el investigador a modo de conclusión.
En el aquí y ahora, la electrólisis queda ejemplificada por proyectos como el Valle H2V Navarra fruto de la colaboración entre ACCIONA y Plug Power. Esta nueva planta producirá 3.880 toneladas de hidrógeno verde a partir de 50MW energía renovable híbrida, que aunará eólica y fotovoltaica a partes iguales.
No hemos abordado el uso del hidrógeno verde como materia prima, ya que merecería un artículo con entidad propia. También aquí d’Amore tiene algo que decir al respecto: “Hoy en día, el principal uso del hidrógeno no está en la energía, sino en la industria. Los mayores consumidores son, efectivamente, la industria química (especialmente para la producción de amoníaco y fertilizantes) y el refino de petróleo.. A esto se suma la siderurgia, donde el hidrógeno está ganando protagonismo como alternativa al carbón para reducir mineral de hierro y producir acero con menores emisiones”.
Si quieres saber más sobre la producción de hidrógeno verde, así como las diferencias con el hidrógeno gris y azul, te recomendamos este artículo sobre el proyecto Power to Green Hydrogen Mallorca. Sin duda, es un recurso que va a dar mucho que hablar en los próximos años y al que dedicaremos más artículos.
Fuentes:
David es periodista especializado en innovación. Desde sus primeros tiempos como analista de telefonía móvil hasta su faceta de Country Manager de Terraview, una startup de IA aplicada a viticultura, ha estado apegado a la innovación y las nuevas tecnologías.
Es colaborador de El Confidencial y en medios culturales como Frontera D y El Estado Mental, siempre desde la convicción de que lo humano y lo tecnológico pueden (y deben) ir de la mano.