O Hidróxeno: un vector enerxético que se almacena e distribúe.

Existen diferentes métodos de almacenamento de enerxía eléctrica, como as baterías ou o bombeo hidráulico. A maior parte deles non permiten cubrir a demanda necesaria ou non permiten o almacenamento a longo prazo de grandes cantidades de enerxía. Pero existe un vector enerxético que si permite ser almacenado e distribuído cumprindo estes requisitos: o hidróxeno.

1- Que procesos se utilizan habitualmente para a produción do hidróxeno verde? (os procesos de almacenamento, ademais, xa non serán específicos ao H2verde…)

O hidróxeno renovable prodúcese prácticamente na súa totalidade a partir da electrólise da auga, proceso realizado por primeira vez a principios do século XIX. Na actualidade realízase fundamentalmente mediante tres tecnoloxías distintas:

1. Enerxía Renovable mais Electrólise alcalina, tanto con separador como máis recentemente con membrana aniónica.

2. Enerxía Renovable mais Electrólise PEM (membrana protónica)

3. Fotoelectrocatálise (PEC, polas súas siglas en inglés), é unha tecnoloxía disruptiva que permite convertir a enerxía solar en enerxía química nun único paso.

Hoxe en día consúmense máis de 70 Mt H2 ao ano (prácticamente hidróxeno gris na súa totalidade) e xa existen tecnoloxías para a súa almacenaxe. O almacenamento do hidróxeno implica moito volume e a técnica máis utilizada para a súa conservación é en forma de gas, almacénase a moi baixa presión e é a maneira máis económica ata a data, xunto co estado líquido, que necesita temperaturas moi baixas e un illamento superior. Non obstante, este consumo e almacenamento está moi enfocado a aplicación para usos industriais e o reto está agora en atopar novas tecnoloxías de almacenaxe e distribución máis baratas ou máis enfocadas a novas aplicacións como sería o caso da mobilidade.

O hidróxeno renovable posiciónase como unha das pezas clave no cumprimento da senda de descarbonización fixada a través de obxectivos concretos establecidos na DER II. Para garantizar a contribución do hidróxeno renovable no cumprimento de ditos obxectivos, a Estratexia Europea do Hidróxeno (EU Hydrogen Strategy) establece tres horizontes temporais (2024, 2030 e 2050) para os que determina unha sucesión de hitos a alcanzar.

2- Poderías darnos a túa visión da evolución do H2Verde 2030/2050?

A maioría das previsións, como as de IRENA, estiman que en 2040 o consumo de hidróxeno a nivel mundial será aproximadamente o dobre do consumo actual, en torno ás 140 Mt H2 ao ano. Desta cantidade, consumirase ao ano un mínimo de 70 Mt H2 renovable e esta cifra aumentará en función da tasa de sustitución que se vaia producindo da capacidade actual de xeración ata o 2050 para alcanzar o obxectivo marcado de cero emisións.

Ademais, a Unión Europea (UE) aprobou en 2020 a súa Estratexia do Hidróxeno, que aspira a unha produción de ata 10 millóns de toneladas de hidróxeno renovable en 2030. Para iso, prevese destinar máis de 470.000 millóns de euros á xeración de hidróxeno e alcanzar en dez anos os 80 xigavatios (XW) de capacidade de produción de hidróxeno verde.

Ilustración 1. Evolución da demanda global de hidróxeno Hydrogen Council (link), IRENA (link).

3- Potencial de produción e consumo de hidróxeno renovable en España e cal pode ser o seu impacto socioeconómico.

España ten a oportunidade de ser un actor moi relevante no sector enerxético no futuro grazas ao gran potencial de produción de hidróxeno renovable, fundamentalmente pola gran capacidade de enerxías renovables con custos moi competitivos aínda por engadir ao sistema, o que permitirá a xeración de hidróxeno renovable ao custo máis baixo en Europa.

España conta, así mesmo, coa súa propia Folla de Ruta do Hidróxeno para 2030, aprobada en outubro do ano pasado coa que se aspira a impulsar o hidróxeno renovable na industria e o transporte en proxectos que movilizarían cerca de 8.900 millóns de euros:

· 4 XW de electrolizadores instalados en España

· Contribución mínima do hidróxeno renovable do 25% respecto do total do hidróxeno consumido en 2030 en todas as industrias consumidoras de hidróxeno tanto como materia prima como fonte enerxética

· 5.000 – 7.500 vehículos lixeiros e pesados de combustible de hidróxeno e 150 – 200 autobuses de pila de combustible

· Rede de polo menos 100 -150 hidroxeneras de acceso público

· Utilización en réxime continuo de trenes propulsados con hidróxeno en polo menos dúas liñas comerciais de media e longa distancia en vías actualmente non electrificadas

· Introdución de maquinaria de handling que utilice pilas de combustible de hidróxeno renovable e de puntos de suministro nos cinco primeiros portos e aeroportos en volumen de mercancías e pasaxeiros respectivamente

O desarroio do hidróxeno renovable en España trae consigo un claro beneficio ambiental, pero ademais, unha serie de beneficios económicos e sociais que poderían acelerar este desarroio. Por un lado, as novas instalacións de enerxía renovable necesarias e as instalacións de xeración de hidróxeno verde, xerarán moitos postos de traballo e en moitos casos tratarase de emprego local. Por outro lado, esta fonte de enerxía pode aportar a España oportunidades para a reindustrialización e o desarroio de cadenas de valor da economía do hidróxeno, posicionando ao país como referente tecnolóxico. A economía do hidróxeno ha de estar impulsada e apoiada polo desarroio da cadena de valor industrial e enerxética asociada, tales como fabricantes de tecnoloxía para a xeración de hidróxeno renovable (fotoelectrocatálise, electrolizadores, etc…), fabricantes de pilas de combustible, fabricantes de compoñentes (electrónica, control, automoción, mecánica), fabricantes de vehículos, estaleiros, proveedores de depósitos a presión, proveedores de sistemas completos como hidroxeneras ou plantas de produción de hidróxeno renovable, solución de almacenamentos a gran escala, equipos para o transporte de hidróxeno, proveedores de servizos de mobilidade basados en hidróxeno renovable, etc… estas oportunidades fomentarán a innovación e o crecemento da industria enerxética española xerando riqueza e a creación de postos altamente cualificados en cada etapa da cadena de valor, conseguíndose un crecemento económico sostible.

Ademais do beneficio ambiental e o gran impacto socioeconómico para a nosa economía, implicaría gañar autonomía e independencia e reducir as importacións de produtos enerxéticos do exterior, que tras os acontecementos vividos nos últimos meses e os que estamos vivindo na actualidade, demóstrase como outro aspecto estratéxico fundamental, sendo un bo exemplo de que a economía e o medio ambiente a miúdo poden ir da man.

4- Cales son as diferenzas principais entre a tecnoloxía desarroiada por Sunrgyze – fotoelectrocatálise – e a electrólise convencional?

Na electrólise convencional podemos distinguir dúas etapas, por un lado, a xeración de electricidade renovable e por outro, o proceso de xeración de hidróxeno renovable mediante un electrolizador (alcalino ou PEM).

A fotoelectrocatálise é unha tecnoloxía nova, que permite a produción de hidróxeno verde, 100% renovable, a partir de enerxía solar mediante un proceso sin aporte eléctrico externo, o que se denomina proceso bias free.

Isto significa que nas celdas fotoelectroquímicas desarroiadas (Ilustración 2) utilízase directamente a enerxía do sol para levar a cabo o proceso de electrolisis sendo os propios fotóns os que aportan directamente a enerxía necesaria para levar a cabo as reaccións electroquímicas de descomposición da auga en hidróxeno e en osíxeno, é dicir, transfórmase directamente a enerxía solar en enerxía química para dividir a molécula de auga.

Ilustración 2. Tecnoloxía fotoelectrocatalítica Sunrgyze (PEC)

Esta tecnoloxía simplifica o proceso de produción de hidróxeno verde con respecto á electrólise, a opción máis utilizada na actualidade, presentando ventaxas competitivas, principalmente en canto a custos de produción do hidróxeno e eficiencia.

Os resultados mostran que esta tecnoloxía é capaz de satisfacer simultáneamente tres requirimentos principais: alta eficiencia, estabilidade e baixo custo:

Eficiencias globais superiores ao 14% en términos de enerxía solar que é transformada en hidróxeno (Sun To Hydrogen – STH), con previsión de chegar ata o 20%, o que significa dobrar a eficiencia actual conseguida no proceso dun electrolizador integrado cunha planta solar fotovoltaica (8-10%).

• Estabilidade dos fotoelectrodos, con máis de 4.000 h operadas en planta piloto.

• Deseño basado en materiais de baixo custo e abundantes.

A nosa tecnoloxía de fotoelectrocatálise permite a operación en tres modos distintos:

· Modo 1: Xeración de hidróxeno renovable a partir da enerxía solar (modo principal)

· Modo 2: Xeración de electricidade renovable

· Modo 3: Xeración de hidróxeno mediante a conexión á rede (para casos nos que sexa necesario a produción de hidróxeno as 24 horas ou puntualmente cando os prezos da electricidade sexan moi baratos)

5- Cales son as principais ventaxas da fotoelectrocatálise con respecto á electrólise convencional?

En primeiro lugar, a fotoelectrocatálise integra os dous procesos nun mesmo dispositivo (a xeración de electricidade e a xeración de hidróxeno). Isto, ademais de reducir os custos de inversión (eliminamos a necesidade de electrónica de potencia entre outros), permite alcanzar maiores eficiencias no proceso (prácticamente duplicando a eficiencia STH), xa que elimina todas as perdas asociadas á transformación de corrente continua en alterna, o transporte da enerxía dende o seu lugar de produción ata o electrolizador, a conversión de alterna en continua e as perdas propias asociadas ao proceso de electrólise. Todo isto permite obter un custo de xeración de hidróxeno renovable máis competitivo que outras tecnoloxías (LCoH).

En segundo lugar, é unha tecnoloxía moi facilmente escalable ao ser modular e emprega materiais de baixo custo e abundantes (sen risco de desabastecementos futuros). Ademais, as condicións de operación son máis suaves que as de outras tecnoloxías o que permite unha alta durabilidade e vida útil de todos os seus compoñentes.

En terceiro lugar, no caso da fotoelectrocatálise, ao ser un proceso bias free, o custo do hidróxeno producido non vai a depender do custo da electricidade. Isto supón unha gran diferenza ca electrólise convencional, onde o custo eléctrico pode chegar a supoñer un 70% do custo final do hidróxeno.

6- En qué horizonte temporal se prevé a entrada nun mercado da tecnoloxía? Como transcurriu o desarroio da tecnoloxía, finalizou a súa fase de validación?

A tecnoloxía comezou a desarroiarse en 2012 como un proxecto de I+D+i de Repsol e en 2018 Enagás incorporouse para continuar co seu desarroio. Durante ese período colaborouse con varios centros de investigación de referencia, como o Instituto de Investigación en Enerxía de Cataluña (IREC), o Instituto Universitario de Electroquímica da Universidade de Alicante ou a Fundación do Hidróxeno de Aragón (FHa).

En 2021 púxose en marcha unha planta piloto no Tech Lab de Repsol que estivo máis de 4.000 horas en operación e onde se validou a tecnoloxía e o seu estado de desarroio TRL6. Tamén en 2021, Repsol e Enagás crearon a compañía Sunrgyze, unha compañía participada inicialmente ao 50% por cada empresa pero que nestes intres estamos cerrando o proceso para a incorporación de novos accionistas e cuxo obxectivo é o desarroio, industrialización e comercialización de tecnoloxía fotoelectrocatalítica propia para a produción competitiva de hidróxeno solar como un paso importante para a descarbonización da industria española e global.

A tecnoloxía de Sunrgyze básase en tres familias de patentes e obtivo máis de 40 patentes en máis de 30 países e nos próximos meses esperamos a concesión de outras 20 que xa foron solicitadas.

Actualmente estamos deseñando unha Planta Demo que producirá 200 Tn H2 renovable ao ano e que se construirá na Refinería de Repsol de Puertollano coa que finalizaremos a validación da tecnoloxía alcanzando un TRL8-TRL9 e cuxa posta en marcha está prevista para principios de 2025. Este proxecto conseguiu 4,5 M€ de financiación da Comisión Europea a través do Programa Innovation Fund Small Scale que concede a proxectos innovadores para descarbonizar a economía.

A partir dese momento tras un período de operación e validación final, comezaremos coa comercialización da tecnoloxía a nivel mundial.