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Los colores del hidrógeno, su producción sostenible y el papel del hidrógeno en la transición energética.

Colores del H2

Hidrógeno: variedad de colores

No todos los tipos de hidrógeno son iguales: los colores tienen un papel decisivo en su clasificación

El hidrógeno producido sin emisiones de CO2 es el medio elegido para lograr la neutralidad climática en los procesos industriales y de producción, así como en los procesos logísticos y el transporte público.

Se produce por electrólisis del agua, por lo que la electricidad necesaria para ello debe proceder exclusivamente de fuentes de energía renovables. Esto hace que su producción sea neutra en CO2.

Se obtiene a partir de combustibles fósiles, generalmente gas natural. El proceso de reformado con vapor utilizado en este proceso también produce CO2, que se escapa a la atmósfera. La producción de una tonelada de hidrógeno genera unas diez toneladas de CO2.

... es básicamente hidrógeno gris, pero el CO2 se captura durante la producción y se almacena permanentemente en formaciones geológicas (captura y almacenamiento de carbono, CCS) o se utiliza en otras aplicaciones, p. ej. en materiales de construcción (captura y utilización de carbono, CCU). Dado que el CO2 no se libera a la atmósfera, la producción de hidrógeno azul se considera neutro en CO2.

... proviene del cracking térmico del metano (pirólisis del metano). En lugar de CO2, se produce carbono sólido. Para que el hidrógeno turquesa se considere neutro en CO2, el suministro de calor al reactor de alta temperatura debe provenir de fuentes de energía renovables y el carbono debe ser capturado permanentemente, a menos que el metano provenga de fuentes biogénicas.

También se produce a partir de la electrólisis del agua, pero la electricidad utilizada para ello proviene de centrales nucleares. Dado que no se producen emisiones de CO2, la producción de hidrógeno rosa se considera climáticamente neutra.

Se genera a partir de biomasa o con electricidad procedente de la gestión de residuos, por ejemplo, de plantas de incineración de residuos o plantas de biogás.

Producción de hidrógeno: electrólisis del agua parte 1/2

Producción de hidrógeno: electrólisis del agua

Ya sea como medio de almacenamiento de energía, combustible o material básico para procesos químicos, el hidrógeno verde se considera el vector de energía definitivo del futuro. La electrólisis del agua a baja temperatura se utiliza para producir hidrógeno limpio, y se hace una distinción entre tres procesos básicos:

Accordeon - Producción de hidrógeno: electrólisis agua

 

AWE: el método más convencional de electrólisis del agua

En la electrólisis de agua alcalina (AWE), dos electrodos se sumergen en un electrolito líquido, que suele ser una solución acuosa de hidróxido de potasio altamente concentrada. Las secciones de ánodo y cátodo de la celda electrolítica están separadas por un diafragma que permite el transporte de iones de hidróxido entre el ánodo y el cátodo. El diafragma también debe aislar eléctricamente y ser impermeable a los gases del producto. Las moléculas de agua se dividen en iones de hidrógeno e hidróxido en el cátodo. El hidrógeno asciende como gas, mientras que los iones de hidróxido migran a través de la solución alcalina hacia el ánodo, donde reaccionan en agua y oxígeno. Este tipo de electrólisis es una tecnología robusta que puede operar con materiales de celdas electrolíticas relativamente económicos. Los catalizadores responsables de impulsar las reacciones contienen níquel, cobalto y hierro, por ejemplo, mientras que otros componentes de la celda están hechos de acero inoxidable.

Los electrolizadores de esta tecnología, sin embargo, disponen de menos flexibilidad para adaptarse a las variaciones de carga.

PEMWE – compacto, dinámico y sin juntas externas


En la electrólisis de agua con membrana de electrolito polimérico (PEMWE), la membrana sirve como algo más que una simple pared de separación. También reemplaza al fluido electrolítico en sí mismo, porque está hecho de un polímero conductor de iones a través del cual pueden migrar los protones cargados individualmente. Los electrodos se colocan en contacto directo con la membrana. Las moléculas de agua a separar fluyen hacia el ánodo, mientras que los iones de hidrógeno liberados migran desde el ánodo a través de la membrana hacia el lado del cátodo, donde se unen con las moléculas de hidrógeno. Los electrolizadores PEM funcionan con densidades de corriente más altas que los sistemas AWE y también pueden responder a los cambios de carga con mayor rapidez. Otras ventajas son el diseño más compacto, funcionamiento dinámico y la capacidad de producir hidrógeno a alta presión. Esto requiere materiales más específicos: platino e iridio para los catalizadores y titanio para las celdas electrolíticas.

AEMWE – un método con potencial de futuro


Un tercer método, la electrólisis del agua con membrana de intercambio aniónico (AEMWE), se encuentra actualmente en desarrollo y tiene potencial para el futuro, ya que combina los beneficios de las dos tecnologías establecidas: materiales económicos y fácilmente disponibles en una unidad compacta que produce hidrógeno a alta presión.

 

Producción de hidrógeno: electrólisis del agua parte 2/2

Para la producción industrial de hidrógeno, la electrólisis de agua alcalina y la electrólisis de agua con membrana de electrolito polimérico ya se han establecido. En una comparación directa, este último ofrece numerosas ventajas, por lo que Messer prefiere el proceso PEMWE.

Además de los dos procesos establecidos, actualmente se investiga el uso industrial de la electrólisis de agua con membrana de intercambio aniónico (AEMWE) y la electrólisis de alta temperatura denominada electrólisis de óxido sólido (SOEL).

Cadena de valor del hidrógeno

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Política de hidrógeno: objetivos climáticos definidos

Política de hidrógeno: objetivos climáticos definidos

Se están realizando esfuerzos en todo el mundo para contrarrestar el calentamiento progresivo de la atmósfera terrestre y el cambio climático asociado.

La Unión Europea quiere convertirse en el primer continente climáticamente neutro. Específicamente, el "Acuerdo Verde" europeo prevé eliminar las emisiones netas de gases de efecto invernadero para 2050. Alemania planea lograr la neutralidad climática en 2045. Estados Unidos quiere reducir a la mitad las emisiones de CO2 que dañan el clima para 2030 en comparación con 2005 y ser climáticamente neutral para 2050 a más tardar. China también está comprometida con los objetivos del acuerdo climático de París.

Desde 2019, la empresa familiar Messer se ha alineado con los Objetivos de Desarrollo Sostenible de la ONU. A través de una mejor utilización de las instalaciones de producción existentes y proyectos específicos que aumentan de forma sostenible la eficiencia energética de las plantas, el consumo específico de energía de las plantas de separación de aire propias de Messer se reducirá cada vez más. Para ello, Messer se ha fijado el objetivo de reducir el consumo de energía en un 0,7 por ciento anual para 2025; en total, esto equivale a una reducción de casi el 3,5 por ciento. Además, Messer está haciendo una importante contribución adicional a la descarbonización mediante el uso cada vez mayor de formas de energía renovables.

En Europa, la estrategia de hidrógeno de la Comisión Europea (2020) juega un papel importante en la descarbonización del transporte y la industria. Su objetivo es crear 6 GW de capacidad de electrólisis para 2024 y 40 GW de capacidad de electrólisis para 2030. El llamado paquete de medidas 'Fit for 55' (2021) propone, entre otras cosas, objetivos para el uso de hidrógeno renovable: 2,6 % en transporte y 50% en industria para 2030. La demanda de hidrógeno se cubrirá principalmente mediante electrólisis del agua.

El aumento de los precios de los EUA, las condiciones marco más estrictas en el comercio de emisiones de CO2 y los incentivos para cambiar a sistemas de conducción limpios, incluso en el transporte público local, son criterios adicionales para las decisiones de inversión en la dirección de la neutralidad climática.

A través de nuestra presencia en Europa, EE. UU. y Asia, también conocemos los respectivos programas gubernamentales para promover proyectos de hidrógeno limpio y brindar apoyo para aprovechar las oportunidades asociadas.