Generación de hidrógeno verde a partir de fuentes de energía renovables.

En la actualidad se están padeciendo drásticos cambios en los sistemas climáticos y meteorológicos en nuestro planeta, debido principalmente a los gases de efecto invernadero. El dióxido de carbono en el medio ambiente ha aumentado considerablemente en los últimos dos siglos por la quema de combustibles fósiles, tales como petróleo, gas natural o carbón.

Con el objetivo de disminuir los efectos del cambio climático, en diciembre 2015 se firmó el Acuerdo de París, un tratado internacional vinculante firmado por 96 países. Este acuerdo entró en vigor en noviembre de 2016 y que en la actualidad está formado por 193 países y la Unión Europea. Entre las principales metas a lograr con este acuerdo se destacan el limitar el aumento medio de la temperatura global en dos grados centígrados respecto a la que se tenía antes de iniciar la etapa industrial.

Una de las principales acciones para alcanzar las metas propuestas prevé el uso de fuentes de energía renovable, tales como generadores eólicos y celdas fotovoltaicas, para la generación de energía eléctrica. Sin embargo, debido a que existen equipos o procesos industriales en donde se requieren grandes cantidades de energía en los cuales esta alternativa no es la más adecuada de utilizar, como son los procesos térmicos de tratamiento de metales o los equipos de transporte pesado, se plantea como una opción viable la utilización del hidrógeno como combustible. Esta elección se basa en que el hidrógeno posee un poder calorífico muy similar al del gas natural; por lo que, se puede reemplazar a este gas, pero sin sus efectos contaminantes.

No obstante que el hidrógeno es el elemento más abundante en el universo; este no se encuentra normalmente de forma libre en nuestro planeta, generalmente forma parte de moléculas de diversas sustancias, entre las que destacan el agua (H2O) y metano (CH4). Por esta razón es necesario dividirlas mediante el uso de otros tipos de energía tales como luz, calor, energía eléctrica y sus combinaciones.

Con base en el método utilizado para la obtención del hidrógeno se habla de diversos colores, entre los que se encuentran:

Hidrógeno negro o café: El proceso utilizado para obtener este hidrógeno es el más contaminante de los existentes debido a que genera como subproducto el dióxido de carbono CO2 que se arroja directamente a la atmosfera.

Hidrógeno gris: Se obtiene a través de un proceso de vapor de agua y gas natural que se calientan juntos a aproximadamente 900°C sobre un catalizador de Níquel, de la cual se obtiene una mezcla de monóxido de carbono e hidrógeno, denominada Syngas.

Hidrógeno azul: Es el hidrógeno resultante en el cual todas las emisiones de CO2 se capturan en un sistema de utilización y almacenamiento de carbono dando como resultado que este método genere bajas emisiones.

Hidrógeno rosa: Este hidrógeno se produce por electrólisis del agua al aplicarle a esta energía eléctrica procedente de un reactor nuclear, y actualmente existe en uso comercial en Suecia.

Hidrógeno blanco: Se produce de forma natural en las capas de subsuelo de manera renovable en algunas regiones del planeta, almacenándose en yacimientos subterráneos.

Hidrógeno verde: Su proceso de producción está basado en la electrólisis, por medio de la cual el agua se separa en hidrógeno y oxígeno, al aplicarle electricidad proveniente de fuentes de energía alternativa tales como celdas fotovoltaicas o generadores eólicos. Este proceso se lleva a cabo con un electrolizador.

Un electrolizador es una unidad en la cual se utiliza electricidad para separar el agua en hidrógeno y oxígeno. Está formado por un ánodo y un cátodo separados por un electrólito, existiendo al momento cuatro tecnologías diferentes para su funcionamiento: electrolizador alcalino, electrolizador de membrana polimérica de intercambio de protones (PEMEL), electrolizador de óxido sólido y electrolizador de intercambio de aniones. Las dos primeras se encuentran disponibles comercialmente mientras que las dos últimas están aún bajo investigación.

Para que el hidrógeno producido por medio de electrólisis realmente produzca cero emisiones de gases de efecto invernadero, su fuente de electricidad debe provenir de una fuente de energía renovable tal como el viento, el sol, el agua o la geotérmica.

En el Laboratorio de Procesamiento Eficiente de la Energía del Instituto Potosino de Investigación Científica y Tecnológica (IPICYT), desde hace más de diez años, se ha estado trabajando con celdas de combustible para generación de energía eléctrica de corriente directa, las cuales tienen como alimentación el hidrógeno. En la actualidad se tiene un proyecto el cual tiene como objetivo el desarrollar e implementar tanto esquemas de convertidores como de controladores capaces de proporcionar un voltaje regulado a un electrolizador que alimente de hidrógeno a una celda de combustible. La energía a utilizar provendrá de una micro red formada por diversas fuentes de energía eléctrica renovable, logrando alimentar a un electrolizador con un voltaje constante con las características adecuadas.

El desarrollo continuo de infraestructura para la generación de energía renovable sin duda reducirá el costo de la producción de hidrógeno verde lo que puede llegar a ser una tendencia futura.