Transformar la energía eléctrica renovable en otros portadores de energía que permitan la decarbonización, como lo es el hidrógeno verde, es posible gracias al principio Power to X, destinando dicha energía a diferentes utilidades, como por ejemplo a movilidad limpia, almacenamiento energético, calor industrial o residencial, y también transportarla a sectores inviables de electrificar. 

Reporte Sostenible, 11 de febrero, 2020

"Power-to-X" o "Sector Coupling" son conceptos atribuíbles a la transformación de energía eléctrica renovable en hidrógeno verde, la que luego puede ser utilizada en cualquiera de sus aplicaciones como, por ejemplo, electromovilidad, materias primas, calor residencial o industrial, combustibles sintéticos o almacenamiento de energía, entre otros. 

Según explica Rodrigo Díaz, Gestor Zona Sur de la Asociación Chilena de Hidrógeno, H2 Chile, en lo que respecta al transporte, “el hidrógeno verde se utiliza en vehículos eléctricos a celdas de combustible FCEV (del inglés Fuel Cell Electric Vehicle) y en aquellas aplicaciones que demanden, entre otras características, bajos tiempos de recarga de combustible y altos rangos de autonomía. 

del gigante asiático para apostar por las tecnologías del hidrógeno. Lo anterior podría acelerar el desarrollo del sector de la misma forma que ocurrió con la industria fotovoltaica”.

Experiencias en el mundo

En otros ámbitos, existen otros proyectos emblemáticos, como el Coridia Ilint, el primer tren eléctrico a celdas de hidrógeno fabricado por Alstom se encuentra en operación desde el 2018 en Alemania. Además 27 nuevas unidades fueron adjudicadas por RMV (operador) para entrar en operación al 2022-2023 en el estado de Hesse, Alemania. En transporte logístico, sólo en Estados Unidos existen mas de 20 mil unidades de grúas horquilla eléctricas a celdas de combustible utilizadas en centros logísticos de Amazon, IKEA, Coca-Cola y FedEx entre otros.

En archipiélago Escocés de Orkney, se utiliza el excedente de electricidad de origen renovable generada en las islas de Eday y Shapinsay que no puede consumirse en el momento (unos 2,7 gigavatios hora anuales) para producir, mediante dos electrolizadores de membrana de intercambio de protones (PEM) de 1 y 0,5 megavatios, 50 toneladas anuales de hidrógeno mediante electrólisis del agua, que se almacena a alta presión en los 5 tráileres diseñados específicamente. El hidrógeno producido actúa como un medio de almacenamiento de energía que luego puede convertirse nuevamente en energía para embarcaciones en el puerto de Kirkwall. Aquí, una celda de combustible de hidrógeno de 75 kW suministra calor y energía para varios edificios del puerto, un puerto deportivo y 3 transbordadores (cuando están atracados) en Kirkwall. Y, finalmente, la nueva estación de repostaje de hidrógeno en Kirkwall alimenta los 5 vehículos de carretera de celda de combustible de hidrógeno Symbio para el Consejo de las Islas Orcadas.

Por otro lado, agrega el especialista de H2 Chile, la densidad energética, es decir, la cantidad de energía contenida en el hidrógeno, es una de las razones que el hidrógeno sea también usado en transporte vehicular pesado y liviano.

Si comparamos la densidad energética de un vehículo convencional a gasolina estándar sedan, un auto eléctrico basado en baterías Tesla M3 y el un FCEV Toyota Mirai, tenemos que, en el  caso del auto convencional, la energía que provee cada kg de combustible es de 11.900 Wh/kg (Watthora por kilógramo, Watthora por litro ), y por cada litro (como volumen) 8.890 Wh/L. En el Tesla los valores son ~250Wh/kg y 710Wh/L y en el Toyota Mirai ~31000Wh/kg y 1305Wh/L (H2 comprimido a 700bar, LHV, incluye estanques). Se puede apreciar claramente que el hidrógeno en términos de masa (por kg), tiene 124 veces más energía que la batería eléctrica y 3 veces más que el auto a gasolina. 

En la siguiente figura, se comparan los tres modelos de automóviles que se están vendiendo en EE.UU., específicamente en el estado de California, sin embargo, hay muchos países en Europa que ya han incorporado vehículos y estaciones a base de hidrógeno.

El hidrógeno es un gas que tiene una alta densidad energética gravimétrica, pero baja densidad energética volumétrica. Por lo tanto en los FCEV (del inglés Fuel Cell Electric Vehicle) se almacena en forma comprimida. Los numeros anteriores permiten inferir por ejemplo, que en camiones de alto tonelaje y altos rangos de autonomía, las aplicaciones a batería se hacen inviables por el peso que implica la tecnología. 

En autos livianos , la utilización también es factible, se hace desde hace décadas. Actualmente existen varias unidades disponibles comercialmente en la categoría de vehículo de pasajeros como el Toyota Mirai, Honda Clarity y el Hyundai Nexo por ejemplo. En carpeta se están preparando FCEV por parte de Daimler (Mercedes), Audi y BMW. 

En relación a la infraestructura de carga, en Alemania ya cuentan con mas de 70 estaciones de recarga de hidrógeno.

Además de las ya mencionadas, otras aplicaciones de movilidad, están las grúas horquilla, navales y drones a hidrógeno de larga autonomía.

En Chile, aclara el gestor de H2 Chile, ya existen dos proyectos sobre este tema, uno liderado por la UTFSM y otro por Alset. “Desde el punto de vista de la necesidad y el objetivo de la llamada de CORFO (reemplazo de diésel por hidrógeno en la minería) me parece positivo y necesario que se realicen este tipo de iniciativas público-privadas. Es la unica forma de acelerar la transición energética y resolver el dilema del huevo o la gallina en los tiempos exigidos por el cambio climático”. 

Finalmente, se contempla que la utilización del hidrógeno en movilidad eléctrica tiene 3 principales desafíos que superar, economías de escala, nueva infraestructura de carga y percepción de seguridad. 

Las tecnologías claves dentro de la cadena de valor del hidrógeno verde (electrólisis y celdas de combustible) no se encuentran en una madurez comercial suficiente que permita su producción masiva a escala industrial y, por lo tanto, todavía presentan costos que no son competitivos frente a su alternativa. Para hacer una analogía, estamos en el 2010 de la industria fotovoltaica.

“Lo anterior nos lleva al dilema del huevo o la gallina, no se invierte en infraestructura de estaciones de recarga de hidrógeno porque no hay demanda, no hay demanda porque no hay infraestructura de carga de hidrógeno. Alguien debe dar el primer paso, o fomentarlo mediante señales políticas públicas”, explica Díaz.

“Otro tema a superar -agrega-,  es la seguridad y percepción del público, algo con que tenemos que trabajar. El hidrógeno ha sido producido, almacenado, distribuido y utilizado en forma segura por muchos años en la industria. Los sistemas actuales de almacenamiento y conversión del hidrógeno en vehículos tienen altos niveles de seguridad. Los cilindros que almacenan el hidrógeno dentro de los vehículos a alta presión (700 bar) se someten a pruebas de choque, balística, inflamación externa, etc., y los resultados son satisfactorios. Por ejemplo, el Hyundai Nexo obtuvo las 5 estrellas en las pruebas de seguridad realizadas por Euro-NCAP”. | RS