El hidrógeno, siendo el elemento más presente en el universo, desempeña un papel crucial en impulsar la transición hacia un modelo energético basado en fuentes renovables.
Su principal virtud radica en la capacidad para almacenar energía limpia con una alta densidad energética, permitiendo su uso de manera controlada.
Cabe destacar que el hidrógeno no constituye una fuente primaria de energía, sino más bien un vector energético. Su obtención requiere una inversión de energía, y su característica distintiva reside en su capacidad para almacenar energía y liberarla de forma gradual cuando sea necesario. A pesar de su abundancia en la naturaleza, su baja densidad impide que se encuentre en estado libre, asociándose con otros elementos para formar diversos compuestos, como son los hidrocarburos y el agua.
Tipos de hidrógeno
El hidrógeno se produce de diversas maneras, y considerando la materia prima necesaria para su producción, se clasifica en tres tipos fundamentales:
- Hidrógeno gris: producido a partir de gas natural u otros hidrocarburos ligeros como metano o gases licuados de petróleo mediante procesos de reformado.
- Hidrógeno azul: que se obtiene a partir de gas natural (metano), mediante un proceso conocido como “reformado de gas natural (metano) con vapor (SMR)”. Este procedimiento emite gases de efecto invernadero, que son capturados en un 90%, haciéndolo menos contaminante.
- Hidrógeno verde: se genera a partir de electricidad renovable, utilizando agua como materia prima.
Producción de Hidrógeno Verde
Actualmente el método que se vislumbra con mayor potencial para la producción de hidrógeno verde es la electrólisis del agua (H₂O), de forma tal que, a partir de energía eléctrica proveniente de fuentes renovables y agua (H₂O), se obtienen por separado hidrógeno (H₂) y oxígeno (O₂).
Para la aplicación de esta tecnología, se utilizan los electrolizadores, que son los dispositivos que, por medio de una corriente eléctrica continua, suministrada por una fuente de alimentación conectada a dos electrodos, consiguen la ruptura de la molécula del agua.
Los electrolizadores y el agua
Los electrolizadores requieren una instalación de generación de agua ultrapura, para adecuar las características del agua bruta al proceso productivo.
El agua ultrapura, también denominada agua de tipo 1, alcanza los niveles ideales teóricos de pureza, con una resistividad de 18,2 MΩ.cm, TOC de <10 ppb y recuento bacteriano de <10 CFU/ml.
La calidad del agua disponible, procedencia y el volumen de agua que hay que aportar al proceso de electrólisis va a determinar las distintas fases de tratamiento y la tecnología a aplicar para el diseño de la Planta de Tratamiento de Agua (PTA).
Por lo general, se necesitan generar 200 l/h de agua ultrapura por cada MW producido.
Tratamiento de agua para generación de Hidrógeno
Por lo general, podemos producir agua ultrapura partiendo de cualquier fuente de aporte, bien sea agua de mar, agua salobre o incluso agua residual procedente de las depuradoras.
Básicamente la PTA se diseña con 3 etapas de tratamiento que se adaptan en función de la procedencia y características físico-químicas del agua disponible: Pretratamiento, ósmosis inversa y electrodesionización.
Etapa 1: Pretratamiento del agua.
El pretratamiento comienza con una cloración de choque que tiene por objeto eliminar la materia orgánica existente a la vez que se oxida los metales, principalmente hierro y manganeso.
A continuación, se efectúa filtración multimedia cuya misión es retener las partículas de hasta 50-75 micras en suspensión seguido de una filtración por carbón activado para eliminar el excedente de cloro y otros compuestos clorados.
Con el fin de eliminar la dureza del agua (sales incrustantes de calcio y magnesio), se emplea un descalcificador o bien la adición de un producto antiincrustante.
Etapa 2: Desalinización por ósmosis inversa.
Mediante este proceso, consistente en hacer pasar el agua a presión a través de membranas semipermeables, conseguimos eliminar las sales disueltas. Cada etapa de ósmosis inversa elimina más del 97% de la salinidad del agua de aporte, por lo que en función de la conductividad del agua a tratar, será necesario incorporar o no un segundo paso de ósmosis inversa.
Etapa 3: Electrodesionización (EDI)
Para conseguir eliminar prácticamente la totalidad de los iones disueltos que hayan fugado de la etapa anterior.
Esta tecnología utiliza electricidad y resinas de intercambio iónico para eliminar las especies ionizadas del agua. Las ventajas de este sistema es que no requiere el uso de productos químicos en la regeneración y produce una calidad constante de agua sin fluctuaciones de flujo.
Mediante estas tres etapas, se produce un agua desionizada, prácticamente exenta de sales que hace que sea óptima para la producción de hidrógeno.
Conclusiones
El papel del agua en la economía del hidrógeno desempeña un papel crucial no solo al encuadrar la transición hacia la utilización del agua, sino también al facilitar los mecanismos para una industria del hidrógeno responsable. Esta industria busca ser sostenible, circular y socialmente responsable, evitando aumentar el estrés hídrico.
El empleo de recursos no convencionales como es la desalinización y la reutilización de agua por parte de esta industria, ofrece una oportunidad para establecer una fuente sostenible en la producción de hidrógeno verde.
En la industria de generación de hidrógeno, es imperativo contar con una planta de tratamiento de agua, ya que la obtención de hidrógeno de calidad requiere el uso de agua ultrapura.
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