Hidrogeno verde todo loq que se debe saber, desde sus inicioas hasta sus aplicaciones actuales y retos futuros

1. Marta Maroño (Ciemat)
Alicante, 14 de diciembre 2021
SEMINARIO: “CUESTIONES ENERGÉTICAS PARA UNA
TRANSICIÓN ECOLÓGICA Y SOSTENIBLE”
VECTORES ENERGÉTICOS:
EL HIDRÓGENO VERDE

2. SEMINARIO: “CUESTIONES ENERGÉTICAS PARA UNA
TRANSICIÓN ECOLÓGICA Y SOSTENIBLE”
VECTORES ENERGÉTICOS: EL HIDRÓGENO VERDE
 CIEMAT: CONTRIBUCIÓN AL DESPLIEGUE DE LAS TECNOLOGÍAS DESDE LA PERSPECTIVA DE LA
INVESTIGACIÓN
 HIDRÓGENO, ¿POR QUÉ ERES ESPECIAL?
 TECNOLOGÍAS Y COLORES DEL HIDRÓGENO
 ALGUNOS MITOS SOBRE EL HIDRÓGENO Y SU PELIGROSIDAD
 APUESTAS NACIONALES E INTERNACIONALES POR EL HIDRÓGENO VERDE

3. CENTRO DE INVESTIGACIONES ENERGÉTICAS
MEDIOAMBIENTALES Y TECNOLÓGICAS
www.ciemat.es

4. ÁREA CIENTÍFICO-TÉCNICA: HIDRÓGENO Y PILAS DE COMBUSTIBLE

5. Se mantiene el objetivo de intentar contener el
aumento de la temperatura media de la tierra en 1,5
grados, como marca el Acuerdo de París,
 Los líderes de más de 120 países, que representan
alrededor del 90% de los bosques del mundo, se
comprometieron a detener e invertir la deforestación
para 2030.
 Compromiso sobre el metano, liderado por Estados
Unidos y la Unión Europea, por el que más de 100
países acordaron reducir las emisiones de este gas de
efecto invernadero para 2030.
 Compromiso para la transición a la energía limpia y la
descarbonización: eliminación gradual del uso del
carbón

6. - Reducir emisiones GHG
- Uso de combustibles alternativos
- Uso biomasa
- Ahorrar energía
- Poner en práctica las 3 R
- Consumo responsable
- Políticas medioambientales
- Políticas energéticas
- …

7.  El elemento más abundante, constituyendo casi tres cuartas
partes de la masa del universo. Se encuentra en el agua, que
cubre el 70% de la superficie terrestre, y en toda la materia
orgánica.
 El elemento más simple del universo: se compone de un
protón y un electrón.
 El más ligero de todos los elementos y gases, y es 14 veces
más ligero que el aire. Un “chorro” de hidrógeno gaseoso se
esparce inmediatamente por el aire, sin contaminar el suelo
o las aguas subterráneas.
 Es incoloro, inodoro e inocuo. No produce lluvia ácida, ni
reduce el ozono ni produce emisiones nocivas.
¿Qué es el hidrógeno?

8. ELECTRÓLISIS DEL AGUA
2H2O(l) = 2H2(g) + O2(g)

9. El hidrógeno es el combustible más eficiente
El hidrógeno posee mayor energía de combustión
por kilo que cualquier otro combustible (40.000
Wh/Kg), lo que se traduce en una mayor eficiencia
por peso que la de los combustibles que se emplean
en la actualidad.
COMPARATIVA HIDRÓGENO - OTROS COMBUSTIBLES
Valor energético basado en poder calorífico inferior
http://www.aeh2.org/index.php?option=com_content&view=category&layout=blog&id=44&Itemid=41&lang=es

10. A diferencia de los combustibles basados en el carbono, el hidrógeno no produce subproductos nocivos con su
combustión. Solo se genera energía y agua limpia cuando se combina con el oxígeno en una pila de combustible.
El hidrógeno es el combustible más limpio A partir de H2 y aire (O2) se genera AGUA
y ENERGÍA ELÉCTRICA, CALOR O AMBOS

11. 11
PROPIEDADES FÍSICAS: Densidad energética volumétrica

12. …el hidrógeno tiene una densidad energética volumétrica muy baja
4 kg de H2, que es el combustible que
consume un coche de H2 en una
distancia de 400 km, se necesitaría un
depósito equivalente a un globo ¡de
más de 5 m de diámetro!
La cantidad de energía por unidad de volumen es muy baja: 750 Wh/l
Líquido requiere T= -253 ºC

13. …el hidrógeno tiene una densidad energética volumétrica muy baja
Solución: Comprimirlo
El hidrógeno se comprime y
se almacena en la estación
de servicio a presiones
inferiores a 500 bar
Se abastece a los vehículos
con hidrógeno a alta presión
a 350 bares o 700 bares.

15. Producción y consumo de hidrógeno industrial (Fuente:
UNICAMP)
Reformado de gas natural:
CH4 + H2O = H2 + CO2

16. LOS COLORES DEL HIDRÓGENO
Fuente: Revista Ambienta, nº 126, dic 2020

17. PRODUCCIÓN DE HIDRÓGENO A PARTIR DE BIOMASA/RESIDUOS
Fuente: Revista Ambienta, nº 126, dic 2020

18. PRODUCCIÓN DE HIDRÓGENO: GASIFICACIÓN

19. 497 plantas de biometano de Europa:
Valdemingómez, es la
de mayor capacidad de
producción de Europa
Alemania (194)
Reino Unido (85)
Suecia (63)
Islandia (dos) o
España (una)
https://www.energias-renovables.com/biogas/mapa-para-localizar-las-497-plantas-de-20180214
Producción de biometano e H2 a partir de residuos orgánicos.
Tecnologías disponibles: Digestión anaerobia o la fermentación
https://biogasfuelcell.com/digestion-anaerobia/
PRODUCCIÓN DE HIDRÓGENO A PARTIR DE BIOMASA/RESIDUOS

20. https://blog.ballard.com/topic/hydrogen-solutions
 Almacenamiento de
energía renovable
 Uso en aplicaciones
estacionarias:
producción de
calor/energía eléctrica
 Uso en transporte:
motores/turbinas,
pilas de combustible
 Uso en la industria
PRODUCCIÓN DE HIDRÓGENO VERDE

21. PRODUCCIÓN DE HIDRÓGENO VERDE
La electrólisis es la
descomposición de una
sustancia por medio de la
electricidad
Es necesaria la aplicación
de energía eléctrica para
llevar a cabo la reacción

22. Energía procedente de fuentes renovables

23. ¿es seguro su uso?
¿requiere conocimientos especiales?
Las ventajas son indiscutibles pero…

24. Las bombas de hidrógeno (H2) se fabrican mediante la fusión atómica de H2, que
genera un nivel muy alto de energía que les permite explotar. Esto no está en
absoluto relacionado con la combustión de H2. Cuando el H2 se quema de forma
química, se libera mucha menos energía y no se produce ninguna explosión.
El principio de funcionamiento de las bombas de
hidrógeno es similar a las reacciones que tienen
lugar en el núcleo de las estrellas, es decir, en el
Sol. Es una reacción de fusión nuclear en la que
dos átomos (deuterio y tritio) se fusionan en un
núcleo atómico más grande, seguido de una
reacción de fisión nuclear.
Este proceso no se parece en nada al proceso
electrolítico que se utiliza para producir
hidrógeno, en el que las moléculas de agua se
separan en átomos de hidrógeno y oxígeno
mediante la aplicación de corriente eléctrica.

25. El 6 de mayo de 1937 el dirigible Hindenburg (1937) comenzó a
arder cuando una descarga eléctrica prendió fuego al
recubrimiento altamente inflamable que cubría la capa exterior
de la nave. El recubrimiento estaba hecho de partículas de
aluminio y era muy inflamable
 Se concluyó que fueron los componentes inflamables
de la pintura que recubría el dirigible, y no el
hidrógeno, que se disipó en segundos, los que
provocaron el incendio en la estructura de la
aeronave.

26. El 11 de abril de 1970, la NASA lanzó la misión Apolo 13. Tras dos días
de vuelo, se encendieron los ventiladores del depósito de oxígeno n.º 2
y se produjo un cortocircuito en su cableado que provocó un incendio.
El incendio debilitó el depósito y explotaron los
depósitos de oxígeno n.º 1 y n.º 2. La explosión
no estaba relacionada con el hidrógeno ni con
las pilas de combustible que abastecían a los
cohetes.

27. Pero SI, claro…el hidrógeno es inflamable y explosivo
MUY IMPORTANTE:
- CUMPLIR NORMAS DE SEGURIDAD FABRICACIÓN EQUIPOS Y
COMPONENTES
- CUMPLIR PROTOCOLOS DE CARGA Y DESCARGA EN VEHÍCULOS
ESFUERZOS NACIONALES E INTERNACIONALES:
- EUROPEAN HYDROGEN SAFETY PANEL (EHSP)
- COMITES TECNICOS DE NORMALIZACION Y ESTANDARIZACION
PRUEBAS MUY
EXIGENTES POR
PARTE DE LOS
FABRICANTES:

28.  APUESTA DE ESPAÑA POR LA TRANSICIÓN ECOLÓGICA Y
SOSTENIBLE
 Planes y hoja de ruta del hidrógeno verde
 Iniciativas empresariales
 Fomento despliegue de las tecnologías en Europa y España
 Proyectos de investigación e Iniciativas de futuro

29. El PNIEC de España identifica los retos y oportunidades a lo
largo de las cinco dimensiones de la Unión de la Energía:
• la descarbonización, incluidas las energías renovables;
• la eficiencia energética;
• la seguridad energética;
• el mercado interior de la energía y
• la investigación, innovación y competitividad.
Las medidas contempladas en el PNIEC permitirán alcanzar los
siguientes resultados en 2030:
 23% de reducción de emisiones de gases de efecto
invernadero (GEI) respecto a 1990.
 42% de renovables sobre el uso final de la energía.
 39,5% de mejora de la eficiencia energética.
 74% de energía renovable en la generación eléctrica.
https://www.miteco.gob.es/images/es/pnieccompleto_tcm30-508410.pdf
El Plan prevé para el año 2030 una potencia total
instalada en el sector eléctrico de 161 GW:
• 50 GW energía eólica;
• 39 GW solar fotovoltaica;
• 27 GW ciclos combinados de gas;
• 16 GW hidráulica;
• 9,5 GW bombeo;
• 7 GW solar termoeléctrica;
• 3 GW nuclear
PNIEC
Enero 2020

30.  100-150 Hidrolineras accesibles al público
 150-200 FCEV buses
 5000-7500 FCEV ligeros y pesados
 2 líneas de trenes comerciales
Producción
 4 GW electrolizadores para 2030
Usos: industria
Usos: transporte
 25% incremento H2 uso en la industria
 8900 M€ financiación
proyectos H2 verde
 4,6 Mton CO2eq evitadas
Compromiso
Objetivo
https://www.miteco.gob.es/es/ministerio/hoja-de-ruta-del-hidrogeno-renovable.aspx
Octubre 2020

31. PRODUCCIÓN DE HIDRÓGENO VERDE EN ESPAÑA

32. PRODUCCIÓN DE COMBUSTIBLES SINTÉTICOS A
PARTIR DE HIDRÓGENO RENOVABLE
PRODUCCIÓN DE HIDRÓGENO RENOVABLE Y
UTILIZACIÓN EN MOVILIDAD
UTILIZACIÓN DE HIDRÓGENO RENOVABLE EN LA
PRODUCCIÓN DE FERTILIZANTES
PRODUCCIÓN DE HIDRÓGENO VERDE Y
UTILIZACIÓN EN LA FABRICACIÓN DE ACERO
PRODUCCIÓN DE HIDRÓGENO RENOVABLE
DESTINADO A DISTINTOS USOS INDUSTRIALES
PRODUCCIÓN DE HIDRÓGENO VERDE EN ESPAÑA
https://elperiodicodelaenergia.com/estos-son-los-proyectos-de-hidrogeno-verde-mas-significativos-que-se-estan-haciendo-en-espana/

33. USOS DEL HIDRÓGENO: PILA DE COMBUSTIBLE

34. https://www.divulgah2.es/aprende-sobre/pilas-de-combustible/tipos/
TIPOS DE PILAS DE COMBUSTIBLE

35. USOS DEL HIDRÓGENO: transporte
Boquereles especiales
Depósitos de H2
Pila de combustible

36. Mapa hidrolineras Europa
USOS DEL HIDRÓGENO: transporte

37. USOS DEL HIDRÓGENO: transporte
Las pruebas comenzarán a finales de 2021

38. “H2PORTS - Implementing
Fuel Cells and Hydrogen
Technologies in Ports”
El proyecto H2Ports conllevará una inversión total de 4 millones de euros y participan,
además de la Fundación Valenciaport y la Autoridad Portuaria de Valencia, el Centro
Nacional del Hidrógeno, y las empresas privadas MSC Terminal Valencia, Grupo Grimaldi,
Hyster-Yale, Atena, Ballard Power Systems Europa y Enagás. Periodo: 2019-2022
Probar y validar tecnologías de hidrógeno sobre maquinaria
portuaria con el objetivo de contar con soluciones aplicables
y reales sin afectar al rendimiento y seguridad de las
operaciones portuarias y produciendo cero emisiones
locales.
Resultados esperados:
Primeros prototipos que
se desarrollarán:
Vehículo reach stacker Cabeza tractora
Estación móvil de suministro de H2
USOS DEL HIDRÓGENO: transporte

39. El Energy Observer es el primer barco de propulsión eléctrica
que funciona gracias a una combinación de energías
renovables y un sistema de producción de hidrógeno a partir
del agua de mar. Este catamarán, construido en Canadá en
1983, es un laboratorio experimental completamente
autosuficiente. Toda la energía que necesita la produce el
propio barco, que navega sin emitir gases de efecto
invernadero ni partículas contaminantes.
El catamarán Energy Observer, 2021
ULSTEIN SX190 Zero Emission (Noruega)
Potencia total instalada de 7,5 MW, de los cuales 2 MW son generados por un
sistema de energía de celda de combustible, típicamente celdas de combustible
de membrana de intercambio de protones (PEM) de Nedstack, que se encuentran
en una segunda sala de máquinas separada.
Previsto para 2022
Cuatro días de autonomía
USOS DEL HIDRÓGENO: transporte
https://www.energy-observer.org/
https://ulstein.com/news/zero-emission-operations-in-offshore-construction-market

40. USOS DEL HIDRÓGENO: transporte
https://www.hibridosyelectricos.com/articulo/curiosidades/actualmente-
investiga-espana-viabilidad-drones-alimentados-hidrogeno-
verde/20210903165308048833.html
Estudios de viabilidad de drones
alimentados por hidrógeno verde
https://elpais.com/economia/2020-09-21/airbus-apuesta-por-el-hidrogeno-y-
promete-sus-primeros-aviones-comerciales-limpios-en-2035.html

41. Marta Maroño
Departamento de Energía
Ciemat
marta.marono@ciemat.es