Existen diferentes métodos de almacenamiento de energía eléctrica, como las baterías o el bombeo hidráulico. La mayor parte de ellos no permiten cubrir la demanda necesaria o no permiten el almacenamiento a largo plazo de grandes cantidades de energía. Pero existe un vector energético que sí permite ser almacenado y distribuido cumpliendo estos requisitos: el hidrógeno.
1- ¿Qué procesos se utilizan habitualmente para la producción del hidrógeno verde? (los procesos de almacenamiento, además, ya no serán específicos al H2verde…)
El hidrógeno renovable se produce prácticamente en su totalidad a partir de la electrólisis del agua, proceso realizado por primera vez a principios del siglo XIX. En la actualidad se realiza fundamentalmente mediante tres tecnologías distintas:
- Energía Renovable más Electrólisis alcalina, tanto con separador como más recientemente con membrana aniónica.
- Energía Renovable más Electrólisis PEM (membrana protónica)
- Fotoelectrocatálisis (PEC, por sus siglas en ingles), es una tecnología disruptiva que permite convertir la energía solar en energía química en un único paso.
Hoy en día se consumen más de 70 Mt H2 al año (prácticamente hidrógeno gris en su totalidad) y ya existen tecnologías para su almacenamiento. El almacenamiento del hidrógeno implica mucho volumen y la técnica más utilizada para su conservación es en forma de gas, se almacena a muy baja presión y es la manera más económica hasta la fecha, junto con el estado líquido, que necesita temperaturas muy bajas y un aislamiento superior. No obstante, este consumo y almacenamiento está muy enfocado a aplicaciones para usos industriales y el reto está ahora en encontrar nuevas tecnologías de almacenamiento y distribución más baratas o más enfocadas a nuevas aplicaciones como sería el caso de la movilidad.
El hidrógeno renovable se posiciona como una de las piezas clave en el cumplimiento de la senda de descarbonización fijada a través de objetivos concretos establecidos en la DER II. Para garantizar la contribución del hidrógeno renovable en el cumplimiento de dichos objetivos, la Estrategia Europea del Hidrógeno (EU Hydrogen Strategy) establece tres horizontes temporales (2024, 2030 y 2050) para los que determina una sucesión de hitos a alcanzar
2- ¿Podrías darnos tu visión de la evolución del H2Verde 2030/2050?
La mayoría de las previsiones, como las de IRENA, estiman que en 2040 el consumo de hidrógeno a nivel mundial será aproximadamente el doble del consumo actual, en torno a las 140 Mt H2 al año. De esta cantidad, se consumirá al año un mínimo de 70 Mt H2 renovable y esta cifra aumentará en función de la tasa de sustitución que se vaya produciendo de la capacidad actual de generación hasta el 2050 para alcanzar el objetivo marcado de cero emisiones.
Además, la Unión Europea (UE) aprobó en 2020 su Estrategia del Hidrógeno, que aspira a una producción de hasta 10 millones de toneladas de hidrógeno renovable en 2030. Para ello, prevé destinar más de 470.000 millones de euros a la generación de hidrógeno y alcanzar en diez años los 80 gigavatios (GW) de capacidad de producción de hidrógeno verde.
Ilustración 1. Evolución de la demanda global de hidrógeno Hydrogen Council (link), IRENA (link)
3- Potencial de producción y consumo de hidrógeno renovable en España y cuál puede ser su impacto socioeconómico.
España tiene la oportunidad de ser un actor muy relevante en el sector energético en el futuro gracias al gran potencial de producción de hidrógeno renovable, fundamentalmente por la gran capacidad de energías renovables con costes muy competitivos aun por añadir al sistema, lo que permitirá la generación de hidrógeno renovable al coste más bajo en Europa.
España cuenta, asimismo, con su propia Hoja de Ruta del Hidrógeno para 2030, aprobada en octubre del año pasado con la que se aspira a impulsar el hidrógeno renovable en la industria y el transporte en proyectos que movilizarían cerca de 8.900 millones de euros:
· 4 GW de electrolizadores instalados en España
· Contribución mínima del hidrógeno renovable del 25% respecto del total del hidrógeno consumido en 2030 en todas las industrias consumidoras de hidrógeno tanto como materia prima como fuente energética
· 5.000-7.500 vehículos ligeros y pesados de combustible de hidrógeno y 150-200 autobuses de pila de combustible
· Red de al menos 100-150 hidrogeneras de acceso público
· Utilización en régimen continuo de trenes propulsados con hidrógeno en al menos dos líneas comerciales de media y larga distancia en vías actualmente no electrificadas
· Introducción de maquinaria de handling que utilice pilas de combustible de hidrógeno renovable y de puntos de suministro en los cinco primeros puertos y aeropuertos en volumen de mercancías y pasajeros respectivamente
El desarrollo del hidrógeno renovable en España trae consigo un claro beneficio ambiental, pero además, una serie de beneficios económicos y sociales que podrían acelerar este desarrollo. Por un lado, las nuevas instalaciones de energía renovable necesarias y las instalaciones de generación de hidrógeno verde, generarán muchos puestos de trabajo y en muchos casos se tratará de empleo local. Por otro lado, esta fuente de energía puede aportar a España oportunidades para la reindustrialización y el desarrollo de cadenas de valor de la economía del hidrógeno, posicionando al país como referente tecnológico. La economía del hidrógeno ha de estar impulsada y apoyada por el desarrollo de la cadena de valor industrial y energética asociada, tales como fabricantes de tecnología para la generación de hidrógeno renovable (fotoelectrocatálisis, electrolizadores, etc…), fabricantes de pilas de combustible, fabricantes de componentes (electrónica, control, automoción, mecánica), fabricantes de vehículos, astilleros, proveedores de depósitos a presión, proveedores de sistemas completos como hidrogeneras o plantas de producción de hidrógeno renovable, soluciones de almacenamientos a gran escala, equipos para el transporte de hidrógeno, proveedores de servicios de movilidad basados en hidrógeno renovable, etc… estas oportunidades fomentarán la innovación y el crecimiento de la industria energética española generando riqueza y la creación de puestos altamente cualificados en cada etapa de la cadena de valor, consiguiéndose un crecimiento económico sostenible.
Además del beneficio ambiental y el gran impacto socioeconómico para nuestra economía, implicaría ganar autonomía e independencia y reducir las importaciones de productos energéticos del exterior, que tras los acontecimientos vividos en los últimos meses y los que estamos vivimos en la actualidad, se demuestra como otro aspecto estratégico fundamental, siendo un buen ejemplo de que la economía y el medio ambiente a menudo pueden ir de la mano.
4- ¿Cuáles son las diferencias principales entre la tecnología desarrollada por Sunrgyze – fotoelectrocatálisis- y la electrólisis convencional?
En la electrólisis convencional podemos distinguir dos etapas, por un lado, la generación de electricidad renovable y por otro, el proceso de generación de hidrógeno renovable mediante un electrolizador (alcalino o PEM).
La fotoelectrocatálisis es una tecnología novedosa, que permite la producción de hidrógeno verde, 100% renovable, a partir de energía solar mediante un proceso sin aporte eléctrico externo, lo que se denomina proceso bias free.
Esto significa que en las celdas fotoelectroquímicas desarrolladas (Ilustración 2) se utiliza directamente la energía del sol para llevar a cabo el proceso de electrolisis siendo los propios fotones los que aportan directamente la energía necesaria para llevar a cabo las reacciones electroquímicas de descomposición del agua en hidrógeno y en oxígeno, es decir, se transforma directamente la energía solar en energía química para dividir la mólecula de agua.
Ilustración 2. Tecnología fotoelectrocatalítica Sunrgyze (PEC)
Esta tecnología simplifica el proceso de producción de hidrógeno verde con respecto a la electrólisis, la opción más utilizada en la actualidad, presentando ventajas competitivas, principalmente en cuanto a costes de producción del hidrógeno y eficiencia.
Los resultados muestran que esta tecnología es capaz de satisfacer simultáneamente tres requerimientos principales; alta eficiencia, estabilidad y bajo coste:
Eficiencias globales superiores al 14% en términos de energía solar que es transformada en hidrógeno (Sun To Hydrogen – STH), con previsión de llegar hasta el 20%, lo que significa doblar la eficiencia actual conseguida en el proceso de un electrolizador integrado con una planta solar fotovoltaica (8-10%).
• Estabilidad de los fotoelectrodos, con más de 4.000 h operadas en planta piloto.
• Diseño basado en materiales de bajo coste y abundantes.
Nuestra tecnologia de fotoelectrocatálisis permite la operación en tres modos distintos:
- Modo 1: Generación de hidrógeno renovable a partir de la energía solar (modo principal)
- Modo 2: Generación de electricidad renovable
- Modo 3: Generación de hidrógeno mediante la conexión a red (para casos en los que sea necesario la producción de hidrógeno las 24 horas o puntualmente cuándo los precios de la electricidad sean muy baratos)
5- ¿Cuáles son las principales ventajas de la fotolectrocatálisis con respecto a la electrólisis convencional?
En primer lugar, la fotoelectrocatálisis integra los dos procesos en un mismo dispositivo (la generación de electricidad y la generación de hidrógeno). Esto, además de reducir los costes de inversión (eliminamos la necesidad de electrónica de potencia entre otros), permite alcanzar mayores eficiencias en el proceso (prácticamente duplicando la eficiencia STH), ya que elimina todas las pérdidas asociadas a la transformación de corriente continua en alterna, el transporte de la energía desde su lugar de producción hasta el electrolizador, la conversión de alterna en continua y las pérdidas propias asociadas al proceso de electrólisis. Todo esto permite obtener un coste de generación de hidrógeno renovable más competitivo que otras tecnologías (LCoH).
En segundo lugar, es una tecnologia muy fácilmente escalable al ser modular y emplea materiales de bajo coste y abundantes (sin riesgo de desabastecimientos futuros). Además, las condiciones de operación son más suaves que las de otras tecnologías lo que permite una alta durabilidad y vida útil de todos sus componentes.
En tecer lugar, en el caso de la fotoelectrocatálisis, al ser un proceso bias free, el coste del hidrógeno producido no va a depender del coste de la electricidad. Esto supone una gran diferencia con la electrolisis convencional, donde el coste eléctrico puede llegar a suponer un 70% del coste final del hidrógeno.
6- ¿En qué horizonte temporal se prevé la entrada en mercado de la tecnología? ¿Cómo ha transcurrido el desarrollo de la tecnología, ha finalizado su fase de validación?
La tecnologia comenzó a desarrollarse en 2012 como un proyecto de I+D+i de Repsol y en 2018 Enagas se incorporó para continuar con su desarrollo. Durante ese período se ha colaborado con varios centros de investigación de referencia, como el Instituto de Investigación en Energía de Cataluña (IREC), el Instituto Universitario de Electroquímica de la Universidad de Alicante o la Fundación del Hidrógeno de Aragón (FHa).
En 2021 se puso en marcha una planta piloto en el Tech Lab de Repsol que ha estado más de 4.000 horas en operación y donde se ha validado la tecnología y su estado de desarrollo TRL6. También en 2021, Repsol y Enagás crearon la compañía Sunrgyze, una compañía participada inicialmente al 50% por cada empresa pero que en estos momentos estamos cerrando el proceso para la incorporación de nuevos accionistas y cuyo objetivo es el desarrollo, industrialización y comercialización de tecnología fotoelectrocatalítica propia para la producción competitiva de hidrógeno solar como un paso importante para la descarbonización de la industria española y global.
La tecnologia de Sunrgyze se basa en tres familias de patentes y ha obtenido más de 40 patentes en más de 30 países y en los próximos meses esperamos la concesión de otras 20 que ya han sido solicitadas.
Actualmente estamos diseñando una Planta Demo que producirá 200 Tn H2 renovable al año y que se construirá en la Refinería de Repsol de Puertollano con la que finalizaremos la validación de la tecnologia alcanzando un TRL8-TRL9 y cuya puesta en marcha está prevista para principios de 2025. Este proyecto ha conseguido 4,5 M€ de financiación de la Comisión Europea a través del Programa Innovation Fund Small Scale que concede a proyectos innovadores para descarbonizar la economía.
A partir de ese momento tras un periodo de operación y validación final, comenzaremos con la comercialización de la tecnologia a nivel mundial.
