Llevando el hidrógeno de la tabla periódica al mercado

Los agresivos objetivos climáticos de cero neto están impulsando la inversión y la atención a las fuentes de energía renovables, incluido el hidrógeno respetuoso con el clima. El interés por el hidrógeno no es nuevo; lo que es nuevo es el papel crítico que puede desempeñar para cumplir con los mandatos globales de descarbonización. De hecho, en la última década, la demanda de hidrógeno ha crecido un 28 % a medida que más industrias se dan cuenta de su potencial como fuente de energía alternativa a los combustibles fósiles, sobre todo en industrias difíciles de descarbonizar, así como en una amplia gama de aplicaciones en toda la cadena de valor.

Existen innumerables formas de crear hidrógeno: algunas con subproductos de carbono y otras sin emisiones, pero todas presentan complejidades únicas. Lo ideal sería centrarse en la producción de “hidrógeno verde”, derivado de fuentes puramente renovables y sin emisiones. Sin embargo, la ampliación y comercialización del hidrógeno verde tienen un largo camino por recorrer, ya que hay que construir la infraestructura, hacerla fiable y segura, ofrecerla a un coste competitivo y dar a los consumidores la confianza de que estará disponible cuando y donde se necesite.

Mientras tanto, la producción de varios tipos de hidrógeno, incluidos el azul y el gris, puede contribuir a satisfacer la demanda actual, impulsar una mayor adopción y ofrecer aprendizajes clave para reducir los costes. Al igual que todas las nuevas industrias, se necesita un progreso medible en toda la cadena de valor para avanzar con mayor rapidez.

 

A medida que crece la demanda de hidrógeno, la industria tendrá que acelerar y ampliar la producción y la distribución. Tanto si utilizan electrolizadores como reformadores de metano a vapor con captura de carbono, las empresas dependerán de tecnologías de automatización avanzadas combinadas con procesos mejorados y potentes análisis de datos. Las tecnologías adecuadas pueden ayudar a mejorar la productividad, reducir la variabilidad, disminuir el consumo energético y las emisiones, y validar la sostenibilidad de las operaciones.

El diseño de automatización global basado en dispositivos inteligentes, IoT, sistemas de control distribuidos, análisis de datos, gemelos digitales y herramientas de ingeniería avanzadas permite a las plantas diseñar una instalación, escalarla fácilmente, acelerar la curva de aprendizaje, mejorar la eficiencia operativa, beneficiarse del mantenimiento preventivo y optimizar los costes del ciclo de vida de los activos.

Emerson está trabajando en un proyecto piloto, denominado PosHYdon, que será decisivo para evaluar la eficiencia de los electrolizadores y el desarrollo de sistemas de producción de hidrógeno verde a gran escala.

PosHYdon produce hidrógeno en alta mar en los Países Bajos y, de este modo, genera combustibles renovables mediante el aprovechamiento de la electricidad verde de los aerogeneradores para alimentar el proceso de producción. El método convierte el agua de mar en agua desmineralizada y, posteriormente, produce hidrógeno de forma segura mediante electrólisis. El hidrógeno se mezcla con el gas natural, se transporta a la costa y se introduce en la red nacional de gas.

El proyecto utiliza la tecnología del sistema de control distribuido DeltaV de Emerson para controlar las unidades de desalinización y los electrolizadores, la mezcla de gases y el balance de los equipos de la planta, al tiempo que proporciona una mayor seguridad, tiempo de actividad del proceso y eficiencia operativa.

Los proyectos sostenibles de hidrógeno son un reto, ya que requieren integrar múltiples fuentes de datos en un sistema de planta balanceado, un proceso crítico para el éxito de las instalaciones. Emerson está colaborando con Toyota Australia para transformar parte de las operaciones del fabricante de automóviles en una planta de producción, almacenamiento y reabastecimiento de hidrógeno de nivel comercial. El proyecto se basa en el sistema de control DeltaV de Emerson para recopilar y contextualizar los datos de los complejos equipos de la planta, lo que facilita la supervisión de la producción y del almacenamiento de gas hidrógeno, así como la validación de la sostenibilidad de las operaciones.

“Al incorporar una base de automatización digital para eliminar datos aislados, Toyota Australia no solo reduciría los costos de manera significativa, sino que ganaría una mayor visibilidad en el desempeño del sistema, lo que facilitaría el mantenimiento y el informe del desempeño sostenible y se incrementaría la productividad,” declara Mark Bulanda, presidente ejecutivo de Emerson Automation Solutions.

Otro proyecto interesante es el Proyecto de Almacenamiento Avanzado de Energía Limpia de Mitsubishi Power Americas, que se espera que sea uno de los mayores centros industriales del mundo para la producción y el almacenamiento de hidrógeno verde. La planta suministrará materia prima que contiene hidrógeno al proyecto de renovación de la central eléctrica Intermountain Power Plant (IPP), llamado “IPP Renewal”, de la empresa Intermountain Power Agency cercana, que utilizará la última generación de simulación total de la planta que incluye la tecnología de gemelos digitales de Emerson, modelos de turbinas de gas y de vapor de alta fidelidad de Mitsubishi, y análisis avanzados para apoyar el comisionamiento y la capacitación. La planta eléctrica de ciclo combinado con turbina de gas apta para hidrógeno de 840 megavatios del proyecto IPP Renewal funcionará inicialmente con una mezcla de 30 % de hidrógeno verde y 70 % de gas natural en volumen a partir de 2025, y aumentará hasta el 100 % en 2045.

Transporte y almacenamiento

Para que el hidrógeno pueda utilizarse como fuente de energía, debe convertirse, almacenarse o transportarse. El objetivo es minimizar las fugas de hidrógeno, conocer la cantidad de hidrógeno que atraviesa las transmisiones y los puntos de transferencia, y manipularlo de forma segura y eficiente. El almacenamiento de hidrógeno es una tecnología clave para el avance del hidrógeno en aplicaciones como la energía estacionaria, la energía portátil y el transporte. Las moléculas de hidrógeno pueden transportarse y almacenarse de varias formas: H2 líquido, mediante un portador de hidrógeno orgánico líquido (LOHC) o como amoníaco. Las características del almacenamiento de hidrógeno son muy complementarias de otras tecnologías de almacenamiento de energía a corto plazo, como las baterías de iones de litio.

Existen riesgos de seguridad manejables de sobrepresión y de fugas debido a condiciones de alta vibración y alta presión. Las válvulas contra sobrecorriente, los detectores de vibración y los reguladores de presión de Emerson ayudan a mejorar la fiabilidad y a evitar las emisiones fugitivas.

Distribución

Una de las claves para acelerar la adopción de la tecnología es aprovechar la infraestructura existente, lo que permite ahorrar tiempo y dinero en la ejecución del proyecto. La mezcla de hidrógeno en las tuberías de gas natural es un gran ejemplo. El hidrógeno procedente del gas natural, combinado con la captura de carbono, ofrece una enorme oportunidad para acelerar su adopción en todo el mundo.

Sin embargo, la mezcla de hidrógeno en la infraestructura de gas natural plantea tres desafíos: la corrosión, las fugas de hidrógeno y la calidad y la intercambiabilidad del gas. La tecnología de monitorización de la corrosión de Emerson está adaptada para satisfacer las necesidades específicas de las tuberías con mezcla de hidrógeno. La monitorización remota de las tuberías proporciona una imagen detallada de las operaciones (el seguimiento de los productos, la composición de los fluidos y mucho más) para mejorar la integridad de los ductos. Los cromatógrafos de gases homologados para hidrógeno garantizan el cumplimiento de la calidad del gas y de las especificaciones contractuales.

Con la ayuda de la tecnología de Emerson, el proveedor canadiense de energía Enbridge es el primero en América del Norte que utiliza electricidad renovable para producir hidrógeno sin emisiones. Enbridge incorpora el hidrógeno a su infraestructura de gas natural para suministrar energía más limpia a 3 500 hogares.

Consumo

Las estaciones de combustible de hidrógeno acabarán sustituyendo a las de combustible tradicionales, lo que exigirá sistemas que cumplan las normas más estrictas de desempeño y seguridad. Las tecnologías de automatización ayudan a reducir los costes de mantenimiento y las interrupciones no programadas en las estaciones de combustible. Además, las tecnologías avanzadas de control Edge permitirán la creación de estaciones sin personal, lo que impulsaría una solución más factible y rentable.

Al mismo tiempo, los operadores quieren asegurarse de que las estaciones dispensan la cantidad correcta de combustible a la presión adecuada, de forma rápida y segura. La instrumentación avanzada para dispensar volúmenes precisos de combustible ayudará a reducir los costes, disminuir las fugas y garantizar la seguridad de las operaciones.

Las celdas de combustible que convierten el hidrógeno en energía limpia para alimentar los vehículos también deben ser confiables y ofrecer un tamaño reducido y ligero. La optimización de los sistemas de celdas de combustible es crucial para eliminar los tiempos de inactividad y reducir los costes.

Emerson colabora con BayoTech, que está construyendo cientos de eficientes unidades modulares de hidrógeno para producir un hidrógeno más limpio y de menor coste. Estas unidades pueden producir hasta 1 000 kilogramos de hidrógeno al día, suficiente para llenar hasta 200 vehículos con celdas de combustible de hidrógeno. Para impulsar la escala a nivel global, los centros de producción locales de BayoTech se apoyarán en el controlador lógico programable y las tecnologías de control Edge de Emerson, en el monitoreo remoto y en Microsoft Azure IoT Suite para operar de forma segura y autónoma.

Además, la estación de combustible PitPoint de TotalEnergies en los Países Bajos utiliza los caudalímetros Coriolis Micro Motion de Emerson, diseñados para operar a altas presiones, para medir con seguridad y precisión el caudal de hidrógeno. Como socio de Total Energies Gas Mobility, Emerson es uno de los pocos proveedores de caudalímetros para su uso en surtidores de hidrógeno certificados.

El combustible del futuro

El hidrógeno es el futuro de una combinación energética diversificada y ambientalmente sostenible, pero necesitamos un enfoque equilibrado y acelerado a lo largo de toda la cadena de valor para hacer realidad este ambicioso objetivo. A medida que innovamos y ampliamos las soluciones de hidrógeno a lo largo de toda la cadena de valor, ayudaremos a reducir los costes, a generar demanda y confianza entre los consumidores y a validar las tecnologías necesarias para producir, transportar, almacenar y consumir hidrógeno. Pero llegar allí primero significa construir una base sólida que combine tecnologías de automatización, ingeniería colaborativa y socios con experiencia en el sector, y utilizar la infraestructura existente para acelerar el desarrollo del hidrógeno como una fuente de energía omnipresente y fiable, un verdadero combustible para el futuro.