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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