Hidrógeno verde y baterías avanzadas, ¿la próxima revolución tecnológica?

Hace seis años, en Acuerdo de Parísel mundo se ha comprometido a no superar un aumento de la temperatura global de 2 °C en comparación con los niveles preindustriales. Sin embargo, las emisiones de gases de efecto invernadero como el dióxido de carbono (CO2) han seguido aumentando: lo están haciendo a un ritmo que, según los modelos, superará los niveles de referencia en más de 3 °C.

Este oscuro horizonte se debe en gran medida a nuestra dependencia de los combustibles fósiles, que actualmente son la forma más económica de generar electricidad, fundamental para el desarrollo.

Entre otras cosas, El hidrógeno (H2) está resultando ser una alternativa más que prometedora en la actualidad, ya que dependiendo de cómo se produzca, solo libera agua cuando se quema. El “hidrógeno gris” está hecho de combustibles fósiles como el petróleo y el carbón. El “azul” se hace de la misma manera, pero luego el CO2 del proceso se captura, se almacena de forma segura o se usa en la industria.

Mediante el uso de energías renovables (como el viento o el sol) es posible obtener hidrógeno limpio sin emisiones de CO2. Es el llamado “hidrógeno verde” queque muchos están mirando la energía del futuro. Sin embargo, para lograr esto, hay una carrera de obstáculos por delante.

Con la idea de analizar este escenario y actualizar el estado del arte, del 10 al 14 de julio se realizará en Argentina el octavo Simposio sobre Hidrógeno, Pilas de Combustible y Baterías Avanzadas (VIII Simposio sobre Hidrógeno, Pilas de Combustible y Baterías Avanzadas, HYCELTEC 2022) y la primera reunión presencial de la Red Iberoamericana del Hidrógeno.

Argentina ya es el quinto país de América Latina en energía eólica

“Este es un encuentro que se hacía cada dos años en España y Portugal en la primera década de este siglo”, dice. Horacio Corti, investigador de la CNEA y profesor de tiempo completo de la Facultad de Ciencias Exactas de la UBA, quien desde hace 20 años se ocupa de temas relacionados con pilas de combustible y baterías de litio-aire–. En la última, celebrada en Barcelona en 2019, propuse hacerlo en Buenos Aires. Aceptaron y debería haber sido el año pasado pero la pandemia lo impidió y decidimos postergarlo para este año. Es un encuentro académico, con presentaciones científicas pero también de trabajo aplicado. Por ejemplo, habrá mucho sobre hidrógeno y Celdas de combustible (similares a las baterías, pero no muertas ni que necesiten cargarse siempre que estén alimentadas por el combustible que están usando) aplicada a la electromovilidad, tanto en vehículos terrestres, aéreos y acuáticos”.

Un geólogo de Brasil dará una presentación sobre el almacenamiento de hidrógeno en reservorios agotados (es decir, vacíos). Se presentan los proyectos más importantes en marcha en el país y representantes de la industria interesados ​​en hacer más “verdes” los procesos de la siderurgia, producción de fertilizantes y refinerías.

Economía 2.0

El químico sudafricano John Bockris, entonces profesor de la Universidad de Pensilvania, EE. UU., tuvo la idea de una “economía del hidrógeno” ya en la década de 1970. en el que la energía renovable se almacena en H2 obtenido del agua por electrólisis y luego se convierte en electricidad en pilas de combustible en el sitio para satisfacer las necesidades de las fábricas y los hogares.

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Estados Unidos y Japón tomaron la iniciativa en el desarrollo de esta tecnología. El Departamento de Energía del primero tiene como objetivo lograr el objetivo 1-1-1 para 2030 (un kg de hidrógeno a un dólar en una década, https://www.energy.gov/eere/fuelcells/hydrogen-shot-summit) y el año pasado el gobierno del Reino Unido también lanzó su estrategia de hidrógeno con una hoja de ruta para este elemento. -en el transporte para la producción y la calefacción del hogar en la misma fecha. El hidrógeno producido por electrólisis cuesta actualmente entre cuatro y cinco dólares el kilogramo, y el hidrógeno producido a partir de gas natural entre uno y medio y dos dólares el kilogramo.

“Estamos ante una explosión de investigaciones en esta área”, comenta el químico Luis Baraldo, vicedecano de la Facultad de Ciencias Exactas de la UBA. Sinceramente nunca había visto algo así, tantas llamadas y solicitudes de estudiantes para trabajar en estas áreas.. Siempre hay compañeros que recurren al tema.

Se requiere energía eléctrica para producir hidrógeno a partir del agua (donde los átomos de H2 están conectados a los átomos de oxígeno). El hidrógeno verde se produce reemplazando el producido con combustibles fósiles tradicionales por fuentes renovables. Las tecnologías actuales utilizan agua dulce ultrapura, que es escasa (<1% de la disponible en la Tierra), pero el agua de mar es un recurso casi infinito (más del 96% del suministro está compuesto por este líquido). Esto se puede tratar, y hay investigadores que creen que se debe desarrollar un electrolizador (dispositivo que separa las moléculas de hidrógeno y oxígeno) que pueda usarlo directamente.

La energía solar es “limpia” pero local e intermitente

Invitados de España, Ecuador, Colombia y Alemania estarán presentes en el encuentro de Exactas. “De este país vendrán dos científicos que trabajan en el desarrollo de electrolizadores modernos –subraya Corti–. Son uno de los cuellos de botella en la producción de hidrógeno verde, porque se puede tener energía, molinos de viento, sistemas fotovoltaicos y utilizarlos para generar electricidad. pero Si no hay electrolizadores que lo usen para disociar electroquímicamente el agua en hidrógeno y oxígeno, no funcionarán.. En estos dispositivos se produce el proceso inverso al de las pilas de combustible, en las que se introduce hidrógeno y oxígeno y se genera energía eléctrica”.

La tecnología actual de estos dispositivos es clásica, tiene casi medio siglo, pero se espera una auténtica revolución en este ámbito. “Todos los días se abren proyectos, se pide a la gente que salga a trabajar en ellos -destaca Baraldo-. Dado el nivel de uso esperado, cambiar la eficiencia de este proceso en un 1 % es una gran oportunidad”.

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Hoy en día se utiliza gas natural para producir hidrógeno porque es más barato. Un problema con la electrólisis es que requiere agua. Y el otro es el costo, que depende mucho del de la electricidad.

“Estamos en una situación extraña, parecida a la que estaban las baterías hace unos 20 años, cuando partió de una tecnología clásica la modernización con nuevos materiales que cambió por completo el escenario –explica Baraldo–. El hidrógeno llegó en una situación más tradicional y madura y ahora, de repente… Por un lado, el valor de las energías renovables ha disminuido a medida que aumenta la capacidad instalada, y se estima que lo mismo ocurrirá con los electrolizadores gracias a las fuertes inversiones y cambios tecnológicos.“.

Como complemento a las energías renovables, el hidrógeno ofrece inmejorables oportunidades para el país. “Los combustibles que usamos todo el tiempo tienen la ventaja de estar disponibles cuando uno los quiere y no necesariamente tiene que usarlos donde se producen”, destaca Miguel Laborde, químico especialista en tecnología del hidrógeno y expresidente del conicet. Estos generan electricidad, pero de forma local e intermitente. Convertirlo en combustible abre la posibilidad de almacenarlo, venderlo y exportarlo. En este sentido, Argentina tiene un enorme potencial ya que tiene capacidad para generar energía renovable, tanto eólica en el sur como fotovoltaica en el norte. La biomasa se puede utilizar en las pampas (baterías de alcohol). No hay muchos lugares en el mundo que tengan perspectivas tan favorables”.

Los científicos esperan que se invierta mucho en este tema en todo el mundo y lo ven como una oportunidad que no se debe perder. “Tenemos muy buena ciencia básica en la academia y una gran tradición en electroquímica, que es una de las áreas más sólidas del país. Lo que va a empezar es que -dice Baraldo- habrá que participar en determinados proyectos. Por otro lado, hay mucha experiencia en la industria en el manejo del hidrógeno, porque en Argentina hay plantas que producen fertilizantes, acero, metano y refinerías. Es el único país latinoamericano que domina todas estas aplicaciones y también tiene experiencia en el manejo de gases comprimidos, como fue el caso del GNC. Quiero decir, Contamos con recursos humanos y recursos naturales“.

Otro cuello de botella es el transporte. Según Laborde, el H2 es una molécula pequeña que fragiliza el acero, es muy ligera y asciende rápidamente. Por lo tanto, están trabajando en los materiales para garantizar que las fugas no sean significativas. “Todavía no está claro cómo se puede llevar hidrógeno a lugares distantes”, añade Corti. Una forma de transportarlo, en lugar de comprimirlo o licuarlo, que es muy costoso e ineficiente, es convertirlo en amoníaco. [que puede conservarse en estado líquido a bajas temperaturas]y construir una industria local de fertilizantes en el proceso”.

La construcción del reactor multipropósito RA-10 en Ezeiza

Por una feliz coincidencia, para 2024 el país también contará con una instalación de clase mundial para aplicar técnicas de neutrones para analizar pilas de combustible y baterías.Serán accesibles una vez concluya la construcción del reactor RA10 en el Centro Atómico de Ezeiza Corti ilustrado. Algunos de los neutrones que producen se utilizan en el laboratorio de haces de neutrones de Argentina. Lo interesante es que mientras los rayos X se utilizan para analizar átomos pesados, son útiles para átomos ligeros, principalmente hidrógeno y litio. Allí se puede estudiar cómo se mueve el hidrógeno y el agua en un electrolizador, o en una pila de combustible, qué pasa con el litio en una batería”.

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La implantación de sistemas de producción de energía sostenible es una de las cinco líneas prioritarias que promueve la Agencia de I+D+i (para el avance científico y tecnológico). La última licitación recibió más de 25 proyectos de litio e hidrógeno, de los cuales se seleccionará una decena, recibiendo cada uno un promedio de 100 millones de pesos. El proceso de evaluación está en curso y finalizará en agosto.

No hay duda de que La transición energética es uno de los retos más apremiantes del futuro. “Se necesita un cambio de paradigma y eso requiere la aparición de nuevas tecnologías, nuevas industrias –subraya Laborde–. Es necesario un comportamiento diferente de la sociedad, porque la demanda energética es mucho mayor que la producción de energías renovables. Todos quieren producir más y más. Y producir cada vez más significa utilizar cada vez más energía eléctrica. Eso tiene que ser reconsiderado en algún momento”.

para Baraldo, algo esta claro: No habrá una solución para todas las situaciones.. Estamos mal acostumbrados porque tenemos esta increíble circunstancia histórica con acceso a toda esta energía acumulada en forma de combustibles fósiles disponibles. El futuro no será así: se utilizan diferentes fuentes de energía para diferentes soluciones, ecuaciones adaptadas a cada sector. Como es el caso en la industria actual, no usamos un solo recubrimiento, un solo material. Lo mismo sucederá con la producción de energía”.

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