Movilidad a hidrógeno ¿por qué se volvió tan relevante en la descarbonización del sector transporte?

 

Por Pilar Henríquez y Nathalia Ortíz

 

Imagínate llegar a un terminal de buses interurbanos en un fin de semana de inicio de vacaciones, lleno de buses entrando y saliendo para dejar/buscar pasajeros; o imagina que trabajas en un terminal portuario recepcionando miles de camiones para que carguen/descarguen contenedores…probablemente lo que se te viene a la mente es mucho ruido, aire contaminado entrando a tus pulmones, mal olor producto de la combustión, entre otros. Que distintos sería entonces esperar el bus en un ambiente tranquilo o trabajar día a día en un terminal portuario inmerso en un espacio libre de contaminación. Pues bien, la movilidad a hidrógeno es una tecnología que contribuirá a lograr esta visión y ahora te explicamos por qué se volvió tan relevante en la cruzada global por lograr la descarbonización.


Sector Transporte y Cambio Climático


El mayor desafío que enfrenta hoy la humanidad es el cambio climático y por lo mismo es tema central en la agenda política, económica y científica en el mundo. Reducir drásticamente el uso de combustibles fósiles es uno de los principales objetivos para los distintos sectores productivos, entre ellos el sector transporte, responsable del 24% de las emisiones directas de CO2 provenientes de la combustión fósil y dentro de esta cifra, casi el 75% es generado por el transporte terrestre.


Para cambiar esta tendencia, la movilidad eléctrica y sus distintas tecnologías son hoy de las principales soluciones adoptadas e impulsadas a nivel internacional. Probablemente ya hayas leído o visto sobre un vehículo eléctrico a baterías, el cual puede operar gracias a la electricidad que recarga desde la red, no contamina y que son muy silenciosos. Sin embargo, la tecnología de celda de combustibles de hidrógeno es otra aplicación asociada a la movilidad eléctrica y que aun no es tan conocida. Ambas formas de electromovilidad son complementarias, donde los vehículos a hidrógeno tendrán mayor relevancia en los segmentos de transporte pesado, de alta demanda energética o alta exigencia de autonomía (kilómetros). En el caso de los vehículos con celda de combustible de hidrógeno se requiere recargar con gas de hidrógeno y no con electricidad de la red, por lo que ahora te explicamos más de este gas que nos ayudará a la transición energética en el sector transporte.


Hidrógeno y principales conceptos


El hidrógeno (H2 por su fórmula química) es el elemento más abundante en el universo. Esta molécula tiene mucha energía almacenada por unidad de masa, pero baja por unidad de volumen. Por ejemplo, un kilogramo (kg) de hidrógeno equivale a 2.5 kg de gas natural en contenido energético, pero ese kg de H2 ocupa 2.5 veces más volumen que los 2.5 kg de gas natural.


Históricamente se ha obtenido el H2 desde fuentes fósiles, como el reformado de metano (uso de gas natural) o la gasificación del carbón, lo que se denomina hidrógeno gris. Los procesos señalados anteriormente emiten CO2 a la atmósfera y cuando se les incorpora tecnología de captura de CO2, entonces el gas producido se le llama hidrógeno azul. En la actualidad, alrededor del 98% del H2 consumido a nivel mundial es gris (DoE, 2020), principalmente en refinerías, industrias pesadas como el acero o cemento, producción de fertilizantes, entre otros. Sin embargo, el hidrógeno verde se volvió prioridad por su enorme potencial de descarbonizar múltiples procesos y sectores, ente ellos el sector transporte.


Hidrógeno Verde


El denominado hidrógeno verde es producido desde fuentes renovables y no emite gases de efecto invernadero. El proceso de obtención más masivo obtiene la molécula de H2 a través de agua, la cual es separada en hidrógeno y oxígeno usando electricidad proveniente de recursos renovables. La tecnología que se emplea en este proceso es un electrolizador, obteniéndose un kg de H2 por cada 12 litros de agua, aproximadamente.


Entonces, ¿por qué el H2 verde no se usa más ampliamente si no contamina? Principalmente por los costos, la obtención de H2 verde con electrolizadores es intensivo en el uso de electricidad (60% del costo de producción de H2 verde, aproximadamente). Sin embargo, el mayor despliegue del uso de las energías renovables y su impacto en la disminución de los costos de electricidad, sumado a la disminución del costo de los electrolizadores de un 80% hacia el período 2030-2040 (respecto del 2019) y a la emergencia climática, ha capturado la atención de los tomadores de decisión de todo el mundo para impulsarlo.  


Hidrógeno verde en movilidad o Power-to-Mobility


El hidrógeno producido se almacena y luego puede ser aplicado en distintas modalidades, lo que se conoce en literatura como el Power-to-X. En particular la aplicación en el sector transporte se conoce como Power-to-Mobility e involucra distintas tecnologías dependiendo del modo de transporte, siendo la más desarrollada a nivel comercial la tecnología de celda de combustible de hidrógeno (o hydrogen fuel cell). Este dispositivo convierte el hidrógeno en electricidad mediante un proceso electroquímico en el que el hidrógeno reacciona con oxígeno para producir agua generando una corriente eléctrica. Actualmente existen varios modos de transporte que ya emplean esta tecnología, incluyendo automóviles, camiones, buses urbanos e interurbanos, trenes, embarcaciones, y aviones.


Otra tendencia del uso de hidrógeno en el transporte está en la transformación del hidrógeno en otros compuestos, donde el amoniaco (NH3) y los combustibles sintéticos están en continua investigación y desarrollo, principalmente para aplicaciones marítimas y aéreas.


¿Por qué promover la movilidad a hidrógeno?


Usando hidrógeno verde, un vehículo a celda de combustible (FCEV, por sus siglas en inglés) deja de emitir el 100% de las emisiones de CO2 y contaminantes en comparación con un vehículo a combustión interna (vehículo a gasolina, a diésel o a gas natural), por lo que con su uso y despliegue se promueve la movilidad cero emisiones. Adicional a la reducción de emisiones, otro aspecto relevante es la eficiencia energética de los vehículos. La eficiencia está relacionada al proceso de transformar la energía almacenada en el movimiento del vehículo. En el caso de un vehículo a combustión interna esta eficiencia está entre el 30% y 36%, es decir que alrededor del 60% de la energía contenida en los combustibles no es aprovechada para el movimiento. En comparación, un FCEV es cerca de dos veces más eficiente que un vehículo a combustión, con un rango de eficiencia entre el 55 y 60%. Es decir, en un año de funcionamiento, un FCEV ahorraría alrededor de 25 GJ (Giga Julios) de energía, lo suficiente para iluminar 1 bombillo LED por 56 años las 24 horas del día.


Movilidad a hidrógeno como complemento de los vehículos a batería


Como ya comentamos, otra tecnología que tiene un rol fundamental en la descarbonización de la movilidad son los vehículos eléctricos a batería (BEV, por sus siglas en inglés). Como su nombre lo indica, éstos son vehículos que operan con un sistema de baterías y son alimentados por energía eléctrica. Los BEV son incluso más eficientes que un FCEV, con eficiencias de alrededor del 95%. No obstante, la movilidad a hidrógeno se ve como un complemento a la movilidad a baterías en los segmentos en los que los BEV presentan inconvenientes según los requerimientos operativos. Específicamente, los FCEV tienen características que los convierten en una tecnología ideal para los segmentos de transporte de carga pesada y transporte de larga distancia. Estas características son:


·       Mayor autonomía: los FCEV tienen por lo general una mayor autonomía en comparación con los BEV ya que los sistemas de hidrógeno almacenan más energía, lo que les permite recorrer mayores distancias con una sola carga. Esto es relevante en segmentos en los que los recorridos diarios son extensos, como el transporte de carga pesada y los buses interurbanos.


·       Menores tiempos de carga: el tiempo de recarga para un vehículo a batería puede ser de hasta 8 horas, lo que representa un problema en segmentos de uso intensivo con poca disponibilidad de tiempo en detención o sin circulación. En contraste, el tiempo de carga de un camión a hidrógeno es tan bajo como 10 minutos.


·       Mayor capacidad de transporte: el sistema de propulsión de un camión a hidrógeno (incluyendo la celda de combustible, el tanque de almacenamiento y el hidrógeno) es hasta un 75% menos pesado que un sistema a baterías. Esto se traduce en una mayor capacidad de carga para los FCEV pues se sacrifica menos carga útil. Además, si se compara un bus a hidrógeno y uno a baterías con las mismas dimensiones, el bus a hidrógeno tendría una mayor capacidad de pasajeros ya que el sistema de celda de combustible ocupa menos espacio.


Mensajes Claves


·       Esto es realidad, no ficción. Existen aplicaciones de movilidad a hidrógeno exitosas en todos los modos de transporte (terrestre, ferroviario, aéreo y marítimo). Ahora se está entrando en la etapa de escalamiento para reducir los costos.


·       El desafío de las estaciones de recarga (o Hydrogen Refuel Station -HRS), al igual que en la movilidad eléctrica a baterías, se requiere de construir una red de puntos de recarga que viabilice la transición hacia este vector energético, para eso es clave las alianzas público-privadas, donde se balanceen riesgos y se sienten bases políticas y regulatorias para la inversión.


·       Capital Humano, el hidrógeno verde requiere de más profesionales que puedan dar soporte a toda la cadena de valor (producción, almacenamiento, dispensación, aplicaciones y tecnologías asociadas, etc.). ¡El hidrógeno representa a una industria emergente en la que te puedes sumar y ser parte del cambio! Piensa en las energías renovables hace 10 años atrás, donde muchos sectores indicaban que no tendrían el desarrollo que hoy al 2021 vemos, pues bien en este punto estamos ahora con el hidrógeno.


·       Difundir, ahora que sabes que es la movilidad a hidrógeno y que será una pieza clave para descarbonizar el transporte pesado, coméntalo en tu entorno y contribuye a que más mujeres se empoderen en el tema. El sector transporte históricamente ha sido un espacio para hombres, pero ahora podemos ser protagonistas en una nueva era del transporte sustentable.


 

Sobre las autoras:



Pilar Henríquez, chilena, 37 años, Ingeniera Civil Mecánica de la Universidad de Chile, Máster en Innovación de la Pontificia Universidad Católica, Consultora Senior y especialista en Movilidad Sustentable, consultora senior en HINICIO, emprendedora en @watermanchile.cl, deportista y madre de una bella hija.


Nathalia Ortiz, colombiana, 24 años, Ingeniera Química y Ambiental de la Universidad de los Andes, Consultora en HINICIO, con experiencia en estudios de factibilidad y de mercado de hidrógeno verde y de movilidad sustentable. 



Bibliografía

·       (IEA, 2020), International Energy Agency, Tracking Transport Sector 2020, 2020.

·       (DoE, 2020), US Department of Energy, Hydrogen Strategy, 2020.

·       (IRENA, 2020), IRENA, Green Hydrogen Cost Reduction, 2020.




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