Aplicaciones de hidrógeno

Hidrógeno verde

se produce mediante la electrólisis de agua. La electricidad requerida para ello proviene de fuentes renovables de energía como lo es la energía solar, eólica o hidráulica. Por este motivo, la producción es neutral respecto al CO2 y, por lo tanto, ecológica

Hidrógeno gris

se produce a partir de fuentes fósiles de energía como gas natural, carbón o petróleo mediante la reforma al vapor. Durante este proceso se generan diez toneladas de CO2 para la producción de una tonelada de hidrógeno. No es considerado neutral en cuanto al clima.

Hidrógeno azul

se genera al igual que el hidrógeno gris mediante la reforma del vapor. No obstante, el CO2 producido se almacena de manera subterránea (tecnolocía CCS: Carbon Capture and Storage). Debido a que el CO2 no accede a la atmósfera, el hidrógeno azul es considerado neutral en respecto al CO2.

Hidrógeno turquesa

se produce durante la pirólisis de metano. Durante este proceso, se separa gas natural (metano en hidrógeno y en carbón sólido mediante un proceso termoquímico. El carbón sólido puede ser almacenado como granulado y reutilizado en un momento posterior.

Hidrógeno rojo / rosado

al igual que el hidrógeno verde, se produce mediante la electrólisis de agua. No obstante, la electricidad necesaria proviene de la energía nuclear. A pesar de que este tipo de hidrógeno puede ser considerado neutral en relación al CO2, su produccióon genera desperdicios radioactivos que necesitan ser almacenados en un lugar seguro.

Existen diferentes procesos para la producción de hidrógeno. En la actualidad se lo produce principalmente mediante la reforma de materiales fósiles, durante lo cual se genera CO2. Debido a su neutralidad respecto al clima, un proceso cada vez más importante es la electrólisis. Para ello se separa agua en sus componentes hidrógeno y oxígeno, usando electricidad de fuentes renovables de energía.

Los tipos más relevantes de electrólisis para la industria son la electrólisis alcalina (AEC), la electrólisis por membrana de intercambio de protones (PEM) y la electrólisis de óxidos sólidos (SOEC). En todos los procesos se separa agua en sus componentes hidrógeno y oxígeno. Las tecnologías se clasifican en la selección de la membrana y del electrolito.

Electrólisis alcalina (AEC)

La electrólisis alcalina es la tecnología más usada en la práctica. Como electrolito se utiliza una solución de hidróxido de potasio (KOH). La tecnología ya está disponible a gran escala. Además de bajos costes de inversión y una larga vida útil, prácticamente no se utiliza ninguna materia prima crítica. Las desventajas se encuentran sobre todo en la baja dinámica por cambios de carga.

Electrólisis de membrana de intercambio de protones (PEMEC)

En comparación con la electrólisis alcalina, la electrólisis de membrana de intercambio de protones es más nueva, aunque también está disponible a nivel industrial. Componente central en este proceso es la membrana de intercambio de protones. Esta membran asegura que los dos productos resultantes, el oxígeno y el hidrógeno, no se mezclen, lo cual tiene por consecuencia una pureza mayor del hidrógeno. La electrólisis PEM permite un rápido cambio de carga y un diseño compacto. No obstante, los materiales catalizadores son más caros.

Electrólisis de óxidos sólidos y de alta temperatura (SOEC)

Para ello se suministra el agua al sistema como vapor de agua. De esa manera se pueden alcanzar muy altas eficiencias de hasta 85%. Las celdas funcionan a temperaturas de hasta 900°C. Como electrolito se utiliza un material cerámico sólido. Otra ventaja del procedimiento SOEC es que es adecuado para la electrólisis CO para la fabricación de gas sintético. No obstante, las altas temperaturas causan una baja capacidad de cambio de carga y altos requerimientos de material.

Existen múltiples tecnologías para almacenar hidrógeno. Almacenes físicos cuentan con una densidad gravimétrica y volumétrica mayor de energía. Almacenes basados en material permiten el almacenamiento bajo presiones y temperaturas manipulables. Las dos tecnologías más relevantes son el almacenamiento de hidrógeno gaseoso a presiones de hasta 700 bar y de hidrógeno líquido a -253 °C en tanques aislados al vacío. Otras tecnologías son almacenamientos de metal-hídrico, OHC o almacenamientos químicos como amoníaco o metanol.

Es posible utilizar el hidrógeno en los diferentes segmentos industriales. La mayor demanda se encuentra en la industria, debido a que se utiliza mucho el hidrógeno debido a sus características químicas. Posibles aplicaciones son la fabriación de amoníaco y de metanol o la producción de acero y de cemento. También se considera que habrá una alta demanda en la movilidad. Se utiliza el hidrógeno en todos los lugares en las que no hay alternativa con baterías - es decir, con altas cargas y grandes distancias. A esto se incluye el transporte aéroespacial, la aplicación marítima pero también el transporte por tierra.

Hidrógeno consiste tan solo de un protón y un único electrón. Por ello es el elemento más pequeño y ligero, por lo cual se difunde muy rápido a través de una multitud de materiales. Dependiendo de la materia prima, la presión, la temperatura y la duración de exposición, esto puede causar una fragilización por hidrógeno y, por lo tanto, una fatiga prematura del componente. para asegurarse que las tuberías están estancas y seguras, es esencial seleccionar el material correcto, así como la preparación adecuada del componente según el caso de aplicación.

Aceros austeníticos de cromo-níquel con una baja concentración de carbón y una alta de níquel son adecuados para el uso en aplicaciones de hidrógeno. La baja concentración de carbón y la alta concentración de níquel incrementan la resistencia de estos aceros en cuanto a la corrosión intercristalina y evitan principalmente la fragilización de hidrógeno.

La fragilización de hidrógeno designa el ingreso y el almacenamiento de átomos de hidrógeno en la estructura reticulada de un material. Esto causa un reducción de resistencia, lo cual puede causar una fatiga prematura por formación de fisuras o fuerte avance de fisuras y repentino fallo de material. La fragilización del hidrógeno depende fuertemente del material, de la presión, de la temperatura y de muchos factores adicionales.