El hidrógeno tiene un enorme potencial como fuente de energía limpia y abundante. Sin embargo, aprovecharlo a gran escala utilizando tecnologías y técnicas convencionales no es sencillo. Jon Davison, director de producto de temperatura y presión de ABB, explica cómo los recientes desarrollos en tecnologías de medición pueden ayudar a afrontar algunos de los desafíos implicados y, potencialmente, generar una nueva revolución del hidrógeno.
El hidrógeno es la sustancia química más abundante en el universo y constituye aproximadamente el 75 por ciento de toda la materia normal. Es incoloro, inodoro, insípido, no tóxico y altamente combustible. Todos estos factores se combinan para hacer del hidrógeno un potencial revolucionario en la producción de energía limpia, si se puede producir de forma segura y sostenible.
La transición de una economía de combustibles fósiles a una de energías renovables sin duda presenta desafíos. Además, no existe una “solución milagrosa” que pueda lograr una sociedad sin emisiones de carbono de la noche a la mañana. Sin embargo, al utilizar tecnologías ya establecidas en la actualidad, el hidrógeno podría desbloquear un rápido progreso en el camino hacia un futuro más sostenible.
¿Qué está impulsando el cambio hacia el hidrógeno?
Si la sociedad quiere alcanzar el cero neto dentro del plazo establecido por el Acuerdo de París, será necesario un cambio importante en la forma en que producimos nuestra energía. Las fuentes de energía renovables, como la eólica y la solar, son una parte clave de cualquier combinación energética futura; sin embargo, estas fuentes son intermitentes por naturaleza. Si bien esto se puede mitigar hasta cierto punto con un diseño de red sofisticado y una redundancia adecuada, sigue siendo prudente tener fuentes constantes de energía a las que recurrir. Tradicionalmente, esto ha significado carbón, energía nuclear y gas natural. Sin embargo, los tres se consideran, al menos hasta cierto punto, problemáticos en el contexto del cero neto.
El hidrógeno, por otro lado, es abundante y relativamente accesible, y en algunos casos utiliza la infraestructura existente. A medida que los efectos del cambio climático se vuelven más visibles y más dañinos, se necesitan cada vez más nuevas soluciones para acelerar la transición hacia una energía limpia y baja en carbono. La seguridad energética también es un factor importante que impulsa un cambio hacia una energía más sostenible, y muchos países buscan volverse cada vez más autosuficientes en medio de los crecientes precios de la energía y la volatilidad geopolítica.
El hidrógeno como elemento es en sí mismo invisible. Sin embargo, cuando se destina como fuente de energía, se clasifica según su método de producción, y cada uno tiene su propio color. Si bien las convenciones de nomenclatura varían de una región a otra, el hidrógeno puede ser gris, azul, verde, negro, marrón, rosa, amarillo o turquesa según cómo se produzca.
En la parte inferior de la escala tenemos el hidrógeno negro y marrón, que son los más dañinos para el medio ambiente. En estos procesos, el CO2 y el monóxido de carbono generado durante el proceso de producción de hidrógeno no se recaptura. El hidrógeno gris es actualmente la forma más común de hidrógeno y se genera a partir de gas natural o metano mediante un proceso llamado reformado con vapor.
El hidrógeno azul va un paso más allá al capturar el carbono generado durante el proceso de reformado con vapor y almacenarlo bajo tierra en un proceso comúnmente conocido como captura y almacenamiento de carbono (CCS). Este método supone una gran mejora con respecto al hidrógeno negro, marrón y gris en términos de su impacto medioambiental. Sin embargo, no puede considerarse una fuente de combustible completamente libre de carbono, ya que no se puede capturar todo el carbono generado durante el proceso. Además, almacenar carbono en el suelo es inherentemente insostenible.
El hidrógeno verde es el santo grial de la producción de hidrógeno. Aquí es donde se produce hidrógeno mediante electrólisis para dividir el agua en hidrógeno y oxígeno. La electricidad proviene de fuentes renovables y produce pocas o ninguna emisión de carbono. El hidrógeno verde es un combustible de combustión limpia y solo produce agua como subproducto. Si bien se ha demostrado el hidrógeno verde a pequeña escala, aún no se han desarrollado la tecnología y los procesos para facilitar su producción a mayor escala.
Enfoque de trampolín
Hasta que tengamos la tecnología y la infraestructura para la producción generalizada de hidrógeno verde, el hidrógeno azul es la mejor opción. Con ese fin, si bien el hidrógeno azul es una solución imperfecta en sí mismo, es una tecnología facilitadora vital o un trampolín hacia la energía libre de carbono. El avance tecnológico en la era moderna se produce en incrementos más que en cambios de paradigma, y se considera ampliamente que la producción de hidrógeno verde a gran escala no se puede lograr sin dominar primero la producción de hidrógeno azul.
Por lo tanto, la CAC también es una parte importante del camino hacia la producción de energía con cero emisiones. Algunos consideran que la CCS es controvertida; sin embargo, es importante recordar que no es ni debe considerarse una solución de la noche a la mañana para alcanzar el cero neto. Más bien, es un trampolín para un cambio más amplio hacia el hidrógeno verde y la generación de energía libre de emisiones. En un mundo ideal, haríamos una transición inmediata a una existencia libre de carbono; sin embargo, esto simplemente no es realista sin una alteración social significativa. Las economías necesitan tiempo para adaptarse, las tecnologías necesitan tiempo para evolucionar y los proyectos de infraestructura necesitan tiempo e inversión antes de que puedan cobrar vida. El hidrógeno azul, y por extensión la CAC, pueden allanar el camino para un aumento rápido y rentable de la producción de hidrógeno verde en el futuro.
Medición precisa en la producción de hidrógeno
La producción de hidrógeno azul y verde, especialmente a gran escala, no está exenta de desafíos. Los procesos deben controlarse con un alto grado de precisión para garantizar una operación eficaz y segura, al mismo tiempo que se logra la máxima productividad, eficiencia y pureza del producto final de gas hidrógeno. El control eficaz de estas variables requiere una medición eficaz.
Al trasladar una cantidad de hidrógeno de un lugar a otro, es necesario saber exactamente cuánto producto está involucrado en la transferencia, sobre todo a efectos de facturación e impuestos. Esto normalmente se logra mediante la medición del flujo. La medición de la presión también es importante para garantizar que las tuberías y otras infraestructuras no exploten ni comprometan de otro modo la integridad del proceso.
Comprimir o descomprimir el gas hidrógeno hará que genere o pierda calor. Generar demasiado puede provocar que se encienda demasiado, por lo que también se debe medir la temperatura por motivos de seguridad. La calidad también es importante. La mayor parte del hidrógeno que se vende en el mercado no es 100 por ciento hidrógeno puro, ya que se pueden añadir aditivos como el nitrógeno en pequeñas cantidades. Por lo tanto, tanto el comprador como el vendedor necesitan saber cuál es la proporción entre hidrógeno puro y aditivos para poder determinar el precio y brindar transparencia al mercado en general.
La medición del hidrógeno puede generar sus propios desafíos únicos. Por ejemplo, la permeación es un problema específico de los instrumentos de presión. Estos tienen en su interior una fina membrana a través de la cual pueden penetrar gases, vapores y fluidos. Con el tiempo, esto eventualmente provocará un cambio en la calibración, lo que puede ser un problema grave cuando corre el riesgo de alterar mediciones críticas. Elegir la tecnología de medición adecuada para la aplicación adecuada es vital para garantizar que los procesos sigan siendo eficaces y seguros en todo momento.
Fundamentalmente, si bien algunas mediciones son más importantes que otras en determinadas etapas, la medición del flujo, la presión, la temperatura y la calidad son necesarias, al menos en cierta medida. Hacerlo permite a las empresas obtener una imagen completa de lo que sucede en las etapas de producción, distribución y transporte.
Lograr el cero neto requerirá necesariamente una reducción sustancial de la exploración y las operaciones de petróleo y gas en todo el mundo. Sin embargo, el petróleo y el gas son una industria muy madura y muchas economías siguen dependiendo en gran medida de ella para obtener ingresos, comercio y seguridad energética. Por lo tanto, esto puede representar una barrera importante para el progreso en los objetivos climáticos.
El hidrógeno puede potencialmente ayudar a suavizar la transición en este caso. Además de sustituir a los combustibles fósiles convencionales como producto comercializable, gran parte de la infraestructura, la tecnología y los conocimientos necesarios para la producción de hidrógeno a gran escala ya se han desarrollado y perfeccionado para las industrias del petróleo y el gas. La CCS es un ejemplo de una técnica que puede proporcionar beneficios a corto plazo para los procesos de petróleo y gas, al inyectar carbono en los pozos existentes para proporcionar un mayor rendimiento.
Dando los próximos pasos hacia un futuro del hidrógeno
Dado que la producción de hidrógeno es una industria relativamente nueva en comparación con la del petróleo y el gas, el marco regulatorio que la rodea no es tan sofisticado. Es necesario avanzar rápidamente para ampliar este marco y garantizar que pueda seguir el ritmo de una ampliación simultánea de la infraestructura de hidrógeno. Por ejemplo, muchas normas que se aplican a medidores de gas, dispositivos de conversión y software en aplicaciones de petróleo y gas no son aplicables al hidrógeno. Esto debe cambiar, y las principales partes interesadas en el panorama del hidrógeno deben unirse para establecer y armonizar estándares viables para toda la industria.
ABB es un importante proveedor de soluciones de medición tanto para combustibles fósiles como para la producción de energías renovables, y actualmente participa activamente en estos debates. También ha desarrollado una gama de nuevas soluciones orientadas específicamente a la industria del hidrógeno. Estos incluyen el "escudo H", que se utiliza en productos de medición de presión, nivel y flujo como una alternativa superior y más rentable al baño de oro convencional, y proporciona una resistencia extremadamente alta contra la permeación de hidrógeno.
ABB también ha desarrollado una gama de soluciones no invasivas como alternativa a los termopozos tradicionales, basándose en la amplia experiencia de la empresa en tecnologías de medición de petróleo y gas. Las herramientas digitales pueden ayudar a los operadores a garantizar que sus dispositivos sean precisos y estén libres de errores en todo momento, y facilitar el cambio hacia el mantenimiento predictivo y la operación remota.
Para obtener más información sobre la cartera de hidrógeno de medición y análisis de ABB, visite: https://new.abb.com/products/measurement-products/hydrogen
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- Fuente: https://envirotecmagazine.com/2024/02/09/why-hydrogen-is-the-key-to-a-low-carbon-future/
