Cómo el hidrógeno puede transformar la industria pesada
Pilas de combustible de hidrógeno se han enfrentado a desafíos para convertirse en una solución convencional para los automóviles de pasajeros, pero podrían ayudar a otras industrias a hacer la transición hacia un futuro más limpio. Los principales sectores que aún están estudiando la posibilidad de pasarse al hidrógeno son el transporte pesado, el transporte marítimo, la aviación y, especialmente, la fabricación pesada.
Si bien este autor ve dónde el hidrógeno puede servir para casos de uso extremos a largo plazo para la fabricación pesada (fundiciones de hierro/aluminio, plantas químicas, etc.), es cierto que es más difícil ver cómo las otras industrias podrían pasar al hidrógeno como fuente de combustible a gran escala. En este artículo, analizaremos algunos de los desafíos y otras oportunidades del hidrógeno.
Superar los desafíos de almacenamiento y transporte del hidrógeno
Una de las razones por las que el hidrógeno ha tenido dificultades para ser una solución para los vehículos de pasajeros es su baja densidad de energía por volumen. Esto plantea un desafío tanto para el almacenamiento como para el transporte. Sin embargo, las instalaciones de fabricación pesada son generalmente complejos masivos que requieren grandes cantidades de tierra y, por lo general, tienen tierra adicional debido a su zonificación. El espacio adicional disponible, sumado a la alta demanda de energía, significa que tener grandes tanques de almacenamiento estacionarios in situ es mucho menos problemático para la industria.
La mayoría de los complejos de fabricación están acostumbrados a tener las precauciones e instalaciones necesarias para mantener adecuadamente bajo presión los materiales grandes e inflamables. Otra opción sería construir tuberías de hidrógeno, como las que tenemos para las líneas de gas natural, hasta estas instalaciones. Desafortunadamente, es poco probable que podamos convertir las líneas de gas natural existentes para utilizarlas para transportar hidrógeno por todo el país. La conversión de los gasoductos de gas natural existentes para distribuir hidrógeno plantea múltiples preocupaciones y desafíos. La principal es que los átomos de hidrógeno son mucho más difíciles de contener en comparación con las moléculas de metano.
Los tanques de alta presión son necesarios para almacenar hidrógeno de manera eficaz, especialmente para aplicaciones que requieren fuentes de combustible móviles, como el transporte por carretera y el transporte marítimo. Si bien el almacenamiento a alta presión implica costos y complejidad adicionales, los avances en el diseño y los materiales de los tanques están haciendo que estos sistemas sean más robustos y rentables. Los camiones pesados pueden equiparse con estos tanques, lo que les permite transportar suficiente combustible para viajes de larga distancia, pero aún así no llegan tan lejos como los camiones diésel tradicionales y tienen un alcance más cercano al de los principales camiones eléctricos de batería actuales.
El almacenamiento criogénico es una alternativa a los tanques de alta presión que se utilizan con mayor frecuencia. Esto implica almacenar hidrógeno a temperaturas extremadamente bajas. Al licuar el hidrógeno, su densidad energética aumenta, lo que lo convierte en una opción más práctica para la aviación y el transporte marítimo, aunque los sistemas de almacenamiento criogénico son complejos y costosos. Un enfoque importante de investigación sobre el hidrógeno consiste en hacer que estas tecnologías sean más accesibles y confiables.
Producción, infraestructura y distribución de hidrógeno
El hidrógeno es abundante, pero la molécula rara vez existe por sí sola en la naturaleza. Para utilizarlo para transportar, almacenar y entregar energía, debe aislarse utilizando otras fuentes de energía. La forma en que se produce el hidrógeno es un factor fundamental para determinar si las industrias pueden usarlo para avanzar hacia un futuro más limpio.
Si bien la mayor parte del hidrógeno actual se produce a partir del gas natural, los métodos más limpios, como el uso de energía renovable para impulsar la electrólisis (que separa los átomos de hidrógeno de las moléculas de agua) son cada vez más viables. Sin embargo, el uso del agua como base para una fuente de energía no está exento de controversia. Incluso cuando funcionan con energía renovable, la electrólisis requiere una cantidad significativa de energía y, debido a las pérdidas de conversión, las baterías tienen una ventaja. Como las baterías se pueden reciclar y requieren menos energía total a lo largo de su ciclo de vida, parecen ser la tecnología más prometedora para la transición a un futuro energético más limpio.
El número limitado de estaciones de repostaje de hidrógeno fue un obstáculo importante para la adopción del hidrógeno para los vehículos de pasajeros. Sin embargo, la falta de estaciones de servicio es menos problemática para las aplicaciones industriales estacionarias y los centros logísticos centralizados. Las instalaciones de fabricación pesada y los puertos de embarque pueden establecer una infraestructura dedicada al repostaje de hidrógeno, lo que garantiza un suministro de combustible confiable sin la necesidad de redes públicas generalizadas de repostaje.
Inherentemente, la distribución del hidrógeno es un desafío debido al tamaño del elemento, especialmente en largas distancias, donde la posibilidad de una fuga aumenta y requiere la necesidad de una infraestructura especializada.
Mejorar la seguridad y la percepción pública
La inflamabilidad del hidrógeno es una preocupación bien conocida. La percepción pública sobre la seguridad del hidrógeno sigue siendo un obstáculo, debido a la influencia de su historia y de incidentes de gran repercusión. La necesidad de almacenarlo bajo presión o a una temperatura muy fría también hace que la gente se muestre muy escéptica con respecto a su seguridad.
Si bien otras tecnologías energéticas, como la nuclear, siguen recibiendo un fuerte rechazo público, las percepciones pueden cambiar. La comunicación y la educación transparentes sobre los beneficios y las medidas de seguridad del hidrógeno pueden ayudar a cambiar la forma de pensar de las personas. Este parece ser otro ejemplo en el que las industrias pesadas también están bien preparadas para la transición al hidrógeno. Una industria acostumbrada a gestionar materiales peligrosos y a implementar medidas de seguridad estrictas para utilizarlos de forma segura es una buena opción para el hidrógeno.
Reducir los costos del hidrógeno en un panorama que cambia rápidamente
El costo de la producción de hidrógeno y la tecnología de celdas de combustible es actualmente más alto que el de los combustibles convencionales y baterías eléctricas. Sin embargo, se espera que las economías de escala, los avances tecnológicos y el aumento de la inversión reduzcan los costos. Las industrias pesadas, que suelen tener presupuestos más amplios y horizontes de inversión a largo plazo, están mejor posicionadas para absorber los costos iniciales y beneficiarse de las reducciones de costos futuras. Los incentivos y políticas gubernamentales que apoyan la adopción del hidrógeno también pueden desempeñar un papel crucial a la hora de hacer que el hidrógeno sea económicamente viable.
El hidrógeno se enfrenta a la competencia de otras tecnologías, en particular la electricidad y el almacenamiento en baterías. El mercado no solo ha determinado que las baterías son mejores para los vehículos de pasajeros, sino que ahora hay competidores eléctricos que también están llegando a otras industrias del transporte. Si bien tanto el hidrógeno como las baterías que impulsan los vehículos eléctricos están siendo objeto de inversiones masivas en dinero e investigación, parece que son las baterías las que están obteniendo avances más consistentes y escalables.
Hidrógeno: aviones y barcos
La aviación y el transporte marítimo ya han visto entrar en el mercado opciones eléctricas y de hidrógeno. En el sector de la aviación, parece que hay más aviones eléctricos a batería que aviones de hidrógeno disponibles en el mercado. Actualmente, estos aviones están apuntando a vuelos cortos para empezar, que es donde se encuentra la mayor parte de la contaminación de la industria.
Además, si bien actualmente es más caro y es poco probable que llegue a alcanzar una escala para los vehículos de pasajeros, también ha habido un aumento de los combustibles electrónicos alternativos para aquellas industrias que generarían menos contaminación que los combustibles tradicionales. Los combustibles electrónicos son un posible trampolín entre los aviones o barcos que funcionan con combustión actual y los que funcionan totalmente con baterías. La simplicidad de una solución totalmente eléctrica puede situar a la tecnología por delante de un sistema de pilas de combustible de hidrógeno.
La durabilidad y la longevidad de las pilas de combustible son fundamentales para las aplicaciones industriales. Esta es otra área en la que se está invirtiendo más en investigación, pero también en la que las baterías tienen una ventaja sobre el hidrógeno. En este momento, la mayoría de las pilas de combustible duran entre 5 y 10 años antes de que lo hagan ser reemplazado. Dependiendo de la calidad del hidrógeno utilizado y de qué tan bien se mantenga la pila de combustible, pueden durar más. Sin embargo, dado que las baterías se han utilizado en aplicaciones automotrices durante la última década, hay pruebas de que los motores y las baterías con refrigeración líquida en su mayoría no requieren mantenimiento y su degradación es mínima.
Los avances en la ciencia y la ingeniería de los materiales están mejorando la durabilidad de las pilas de combustible, pero aún tenemos que ver si esto ocurrirá más rápido de lo que las baterías pueden aumentar en densidad de energía.
Un catalizador para minimizar el impacto ambiental de la industria pesada
Durante décadas, los fabricantes de automóviles afirmaron que solo faltaba una década para los vehículos propulsados por hidrógeno. Sin embargo, este plazo resultó ser demasiado largo para la industria, y las baterías se utilizaron para llenar el vacío. Si bien la tecnología de pilas de combustible de hidrógeno todavía tiene potencial para reducir la contaminación industrial y ha registrado avances, los desafíos relacionados con el cambio al hidrógeno, como ya hemos dicho, sugieren que solo la industria pesada es capaz de hacer la transición al material más ligero del mundo.
