Energía
EL ROL DEL HIDRÓGENO EN LA TRANSICIÓN ENERGÉTICA
J. Molina(1), L.G. Vander Mey(1), S.M. Hodes(1), G. Montiel (1) dadle@inti.gob.ar
(1) Departamento de Almacenamiento de la Energía - Subgerencia de Energía y Movilidad (GODTEI) - INTI
Palabras Clave: Transición energética; hidrógeno; tecnologías de electrólisis.
INTRODUCCIÓN
La transición energética (TE), motorizada por la
demanda de acción climática, debe tener
simultáneamente
consistencia
social,
macroeconómica, fiscal, financiera y de
balanza de pagos. Esto implica un cambio
estructural en los sistemas de abastecimiento y
utilización de la energía. La TE hacia fuentes
verdes y sostenibles es determinante para
cumplir objetivos cruciales de reducción de
emisiones de gases de efecto invernadero
(GEI) establecidos en el Acuerdo de París
(2015) y ratificado por la COP26, Glasgow
(2021). En el mediano plazo, horizonte 2030-
2050, el hidrógeno está llamado a cumplir un
papel clave. Este vector energético, que puede
generarse de forma distribuida, es
determinante por su capacidad de almacenar,
transportar y ser convertido en energía verde
bajo demanda. [1]
El hidrógeno azul, o hidrógeno bajo en carbono
(HBC), en el corto/mediano plazo y, el
hidrogeno verde (HV), en el mediano/largo
plazo, serán las fuentes principales para llevar
a cabo la TE. Estas definiciones derivan de una
clasificación en función de las fuentes y
procesos mediante los cuales se puede
producir el hidrógeno (ver Figura 1).
El hidrógeno tiene diversos usos: en el sector
industrial, aplicado a la industria química
(producción de amoníaco y metanol),
producción de acero y refinerías (para optimizar
crudos pesados y para desulfuración). Puede
emplearse en el sector del transporte, donde se
puede utilizar puro o combinado con otras
moléculas, que dan lugar a combustibles
sintéticos. También, gracias a su elevado poder
calorífico, puede emplearse para calefacción y
generación de energía. [2]
OBJETIVOS
En el presente informe se busca dar a conocer de qué manera se abordan desde el Departamento de Almacenamiento de la Energía, las distintas aristas de la temática “Economía del Hidrógeno”. Los aspectos principales son: la certificación de origen del
hidrógeno y el desarrollo de electrolizadores en articulación con PyMES nacionales.
DESARROLLO Los consumidores finales deben tener garantizado el origen del hidrógeno (HBC o HV). Con este fin debe generarse un proceso de certificación que especifique los requisitos necesarios que debe cumplir cada producto. La certificación se materializa en un certificado. [3]
Figura 1: clasificación del hidrógeno según sus métodos de producción.
Producción de hidrógeno
De todas las alternativas posibles, la forma más limpia de producir hidrógeno es mediante el proceso de electrólisis del agua, utilizando energías renovables. El principio básico de funcionamiento de una celda de electrólisis consiste en dos electrodos en contacto con un electrolito y aislados eléctricamente por un separador que evita el cortocircuito. A través de ellos se hace pasar una corriente eléctrica continua para descomponer las moléculas de agua en sus elementos constituyentes, hidrógeno y oxígeno. El electrolito es el medio responsable del transporte de las especies químicas cargadas, aniones (-) y cationes (+), desde uno hacia otro de los electrodos. Dentro de las tecnologías disponibles para este proceso se destacan cuatro tipos de
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electrolizadores. Estos se denominan, según sus características, de la siguiente manera:
• Electrolizadores alcalinos (AWE); • Electrolizadores de membrana de
intercambio de protones (PEM); • Electrolizadores de membrana de
intercambio de aniones (AEM); • Electrolizadores de óxidos sólidos
(SOEC). De todas las tecnologías de producción del hidrógeno, la electrólisis alcalina es la tecnología más madura y desarrollada hasta la fecha. Es, además, la que permite una mayor escala de producción. La electrólisis del agua con membrana de intercambio de protones es una tecnología joven que tiene un buen rendimiento y estabilidad. Sin embargo, sus componentes críticos contienen materiales de elevado costo. La tecnología de electrólisis con membranas de intercambio aniónico, aún se encuentra en desarrollo. Se necesita una investigación coordinada de la misma, para mejorar la eficiencia energética, la estabilidad de la membrana y la conductividad iónica, para reducir el costo total del stack e integrar catalizadores en los sistemas AEM. Las celdas de electrólisis de óxido sólido se han desarrollado intensamente durante la última década, pero aún no existe un mercado consolidado, los equipos son a escala prototipo. Se caracterizan por operar a temperaturas elevadas, entre 700-850ºC. [4]
Las principales diferencias entre las distintas tecnologías se observan en la siguiente tabla:
Tabla 1: comparación entre tecnologías de electrólisis.
RESULTADOS Para responder a la demanda generada en el marco de la “Economía del Hidrógeno”, el INTI forma parte de: Proyecto PITES, elaboración de una hoja de ruta para la certificación del origen del
hidrógeno verde y bajo en carbono. Proyecto coordinado por Y-TEC, con participación del Organismo de Certificación y Desarrollo Sustentable de INTI. Proyecto FONTAR (en desarrollo), desarrollo nacional de un electrolizador de capacidad de 16 m3/h. En este proyecto se articula con el Parque Industrial de la Innovación Posadas y la empresa OHF. Convenio con empresa Omar Vetrano, informe estratégico preliminar sobre el estado del arte de tecnologías de electrolizadores en Argentina. Actualmente en elaboración. Proyecto PIP, desarrollo, construcción, optimización y prueba de un electrolizador de alrededor de 1 kWh de potencia, para producción diaria de 100 g de H2. Con CITCA (Catamarca) e INFIQC (Córdoba).
DISCUSIÓN Y CONCLUSIONES
Para poder afrontar los compromisos internacionales de descarbonización de la matriz energética, incrementando la producción y distribución de energía baja en emisiones de GEI, es necesaria la creación e implementación de un marco normativo.
No debe perderse de vista que la obtención de hidrógeno bajo en carbono, o azul, es una solución que está bajo análisis, y debe resolverse si efectivamente contribuye a una disminución de los gases de efecto invernadero.
La producción de hidrógeno verde, además de ser, dentro de las mencionadas, la única propuesta libre de emisiones de GEI, suma la posibilidad de desarrollo de la industria nacional, al requerirse para el sistema total una serie de equipos periféricos, como compresores, tanques de almacenamiento y secadores, entre otros, para la cual existe capacidad productiva local.
AGRADECIMIENTOS
A los equipos de trabajo del Departamento de Desarrollo Sustentable y del Organismo de Certificación del INTI, CITCA, INFIQC e Y-TEC.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1] Secretaria de Energía Ministerio de Economía, “Lineamientos para un Plan de Transición Energética
al 2030”, (2021) 1–71.
[2] International Renewable Energy Agency, Making the breakthrough: Green hydrogen policies and technology costs, (2021) 1-68. [3] https://www.fao.org/3/ad094s/ad094s03.htm [4] Departamento de Almacenamiento de la Energía, “Generación de hidrógeno verde. Oportunidades para la industria nacional”, (2022) 1-24.
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