Producción de hidrógeno: la producción

Particularmente cuando se produce a partir de electricidad generada de forma renovable, el hidrógeno se considera un vector energético del futuro. Pero todavía existen otros métodos de producción en el mundo. No importa cuán neutrales a nivel climático sean estos métodos y de qué color se etiquete el hidrógeno después de la producción, sus propiedades químicas son las mismas.

Los productores de hidrógeno pueden utilizar distintos métodos de producción a escala industrial. Según el proceso de producción y la energía utilizada para la producción, se asignan al hidrógeno diferentes colores que se refieren al impacto climático del determinado procedimiento de producción.

El hidrógeno verde se produce por electrólisis del agua, utilizando únicamente electricidad procedente de fuentes de energía renovables (como la solar y la eólica). Independientemente de la tecnología de electrólisis utilizada, la producción de hidrógeno verde está completamente libre de carbono. Por tanto, el método de producción es neutro a nivel climático.

El hidrógeno gris se produce a partir de combustibles fósiles mediante reformado con vapor. El CO2 liberado a la atmósfera durante el proceso contribuye al efecto invernadero. La producción de una tonelada de hidrógeno genera unas diez toneladas de CO2.

El hidrógeno azul se produce de la misma manera que el hidrógeno gris. Sin embargo, el CO2 producido se captura y almacena de forma permanente. Esta tecnología se conoce como captura y almacenamiento de carbono (CCS). Con esta tecnología, el CO2 producido durante el reformado con vapor no entra en la atmósfera. Por lo tanto, este método también es neutro a nivel climático. Aún se desconocen los efectos a largo plazo del almacenamiento de carbono.

El hidrógeno turquesa se produce mediante el craqueo térmico del metano (pirólisis de metano). Este proceso produce carbono sólido. Para que el hidrógeno turquesa sea neutro en carbono, el calor suministrado al reactor de alta temperatura debe provenir de fuentes de energía renovables y el carbono debe permanecer secuestrado permanentemente.

Dado que el hidrógeno se encuentra en la naturaleza solo en forma de compuestos químicos, debe separarse de los materiales fuente ricos en hidrógeno utilizando energía como un catalizador. Estos materiales fuente pueden ser el gas natural y otros hidrocarburos como el petróleo crudo, la biomasa, el agua por supuesto, y otros compuestos que contienen hidrógeno. Luego, se utiliza energía eléctrica, química o térmica para separar los componentes de esas sustancias para obtener hidrógeno puro.

El principio de la electrólisis es simple. Al aplicar un voltaje eléctrico al electrolizador, el agua (H2O) se divide en sus componentes: hidrógeno (H2) y oxígeno (O). Así es como funciona:

• En su forma más básica, un electrolizador contiene un cátodo (carga negativa), un ánodo (carga positiva) y una membrana.
• El sistema completo también incluye bombas, ventiladores, depósitos de almacenamiento, una fuente de alimentación, un separador y otros componentes.
• La electricidad corre por el ánodo y el cátodo a través de la membrana de intercambio de protones (PEM), lo que hace que el agua se divida en sus componentes de hidrógeno y oxígeno.
• Las moléculas de hidrógeno se capturan y recolectan.

El hidrógeno producido por electrólisis también se puede convertir en gas metano en un paso posterior del proceso (CCU: captura y utilización de carbono). Este gas metano puede introducirse en la red de gas y transportarse a los consumidores. Alternativamente, se puede almacenar en instalaciones de almacenamiento de gas. La producción de metano sintético (SNG) da como resultado agua y calor como subproductos.

Casi la mitad del hidrógeno producido en la actualidad todavía se produce utilizando el procedimiento convencional de reformado con vapor de gas natural. Este procedimiento utiliza vapor para dividir el gas natural en hidrógeno y dióxido de carbono (CO2). El CO2 resultante se puede almacenar (CCS: captura y almacenamiento de carbono) o se utiliza en procesos industriales posteriores (CCU: captura y utilización de carbono).

La pirólisis de metano es una tecnología fundamentalmente nueva, que divide el gas natural o biometano directamente en hidrógeno y carbono sólido en un reactor de alta temperatura. Este procedimiento requiere en comparación poca energía. El carbono resultante, que está unido en su forma sólida, se puede procesar posteriormente a escala industrial. El proceso también puede utilizar biomasa como material de partida. Y si funciona con electricidad procedente de energías renovables, no se producen gases de efecto invernadero en absoluto.

Las tecnologías Power-to-x están estrechamente asociadas con el método de producción de hidrógeno. Estas tecnologías nombran los conceptos de energía que tendrán un papel sostenible en el futuro:

• Los procesos Power-to-x convierten la electricidad, el agua y el CO2 en otros productos.
• El Power-to-gas produce sustancias gaseosas como hidrógeno o metano.
• El Power-to-chem produce productos químicos para el procesamiento industrial.
• El Power-to-fuel produce combustibles sintéticos (los denominados e-combustibles).

Por lo tanto, la producción de combustibles gaseosos o líquidos consta de dos cadenas de producción: la producción de hidrógeno (power-to-gas) y la producción de metano (power-to-liquid).

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