Una nueva tecnología de pilas de combustible facilita la transición hacia las flotas de hidrógeno
No veremos mañana mismo el reemplazo de todas las estaciones de combustibles fósiles por estaciones de recarga de vehículos eléctricos (VE) y mucho menos por las de hidrógeno. La transición será progresiva y, en el caso de los vehículos eléctricos con pilas de combustible (VEPC), también lo serán las tecnologías que se están aplicando. El proyecto CH2P (Cogeneration of Hydrogen and Power using solid oxide based system fed by methane rich gas) nació a partir de la constatación de que el hidrógeno ecológico que proviene de energías renovables es variable por naturaleza y en ocasiones necesitará el respaldo de otras fuentes. Por lo tanto, el proyecto tuvo como objetivo crear una tecnología de transición: un sistema generador de hidrógeno a partir de gas natural que genera poco carbono o biometano. La pila de combustible de óxido sólido (SOFC, por sus siglas en inglés) del proyecto CH2P se parece a un sistema de producción combinada de calor y electricidad. Utiliza el calor de alta calidad de la pila de combustible para generar hidrógeno. Se está preparando un prototipo para realizar pruebas en el Centro de Tecnología Shell de Ámsterdam (Países Bajos). Conocemos más detalles con Luigi Crema, coordinador del proyecto CH2P.
Los VE parecen ser la prioridad de los fabricantes de automóviles y las redes de repostaje en la actualidad. ¿Cómo explica la falta de interés en los VEPC?
Luigi Crema: Esta es una observación válida desde una perspectiva externa y probablemente se deba al estado actual del desarrollo de las redes e infraestructuras para el repostaje de hidrógeno. Sin embargo, la situación está cambiando rápidamente en varios países de la Unión Europea. En Alemania, por ejemplo, se han construido 80 estaciones de repostaje de hidrógeno (ERH) como parte de un plan para crear una red de 1 000 ERH para 2030. También debe decirse que el interés en los VEPC está creciendo gracias a la consolidación de programas que introducen estaciones de recarga para los vehículos eléctricos con batería (VEB). Aunque los VEB han estado en desarrollo desde hace más tiempo, veo dos factores importantes que contribuirán al aumento del interés en los VEPC en los próximos años. En primer lugar, hay un creciente interés del sector de transporte pesado en los camiones, trenes y barcos eléctricos con pilas de combustible. En este caso, se percibe al hidrógeno como la solución óptima para los vehículos de larga distancia. En segundo lugar, cada vez más pruebas sugieren que no podemos contar solamente con la red eléctrica para abastecer la totalidad del consumo energético futuro. En lugar de esto, necesitamos una integración sectorial que nos permita llegar a ser una sociedad sin emisiones netas para 2050. Existen varias aplicaciones pertinentes en las que las moléculas (hidrógeno) presentan ventajas sobre los electrones (baterías o cables). Creo que necesitamos ambas tecnologías para alcanzar los objetivos de la Comisión Europea para 2050.
¿De qué manera un proyecto del estilo de CH2P facilita la transición hacia una adopción generalizada de los VEPC?
CH2P es un sistema de ERH innovador. Puede respaldar la instalación temprana de la infraestructura de transporte para la adopción de VEPC. El sistema CH2P cogenera hidrógeno, calor y energía utilizando la tecnología de las pilas de óxido sólido alimentadas con gases ricos en metano. Reduce la huella de carbono alcanzando una eficacia general del sistema extremadamente alta: cerca del 80 %. El sistema genera tanto hidrógeno como electricidad con un impacto medioambiental menor que el de las tecnologías convencionales. Podría aplicarse perfectamente a todos los combustibles alternativos enumerados en la Directiva europea relativa a la implantación de una infraestructura para los combustibles alternativos para una estación única con múltiples combustibles.
¿Qué es exactamente lo que hace que este sistema sea tan innovador? ¿Podría explicarlo más detalladamente?
CH2P introduce varias innovaciones. La primera es la reforma del metano combinada con el uso flexible de una pila de combustible de óxido sólido. Esta flexibilidad satisface perfectamente las necesidades de repostaje del usuario. Por otro lado, la cogeneración de una porción variable de hidrógeno, calor y energía optimiza el valor económico y la huella de carbono, lo que lo convierte en una solución muy eficiente. También está el núcleo de la pila de combustible: estamos trabajando en un equilibrio de planta (BoP, por sus siglas en inglés) innovador que envuelve las partes calientes y frías. Dedicamos mucho esfuerzo a la optimización del diseño general. Dicha optimización abarca un sistema de purificación eficiente en forma de adsorción por oscilación de presión junto con un paso de presurización mediante un compresor de hidrógeno.
¿Cómo están de cerca de alcanzar sus objetivos?
Hemos validado todos los componentes básicos del sistema final y minimizado los riesgos de errores mediante exhaustivos procesos de simulación. Hemos analizado el diseño general de la tecnología, así como el diseño del sistema de control y de seguridad para el primer prototipo. Esto se realizó mediante pruebas de fábrica y laboratorio, controlando el comportamiento y validando el rendimiento de cada componente. La actividad se llevó a cabo con el apoyo de todos los socios, entre ellos Shell.
¿Cuáles fueron las principales dificultades a las que se enfrentaron y cómo las superaron?
Durante las actividades acumulamos cierto retraso, que fue compensado por los buenos resultados obtenidos. La tecnología de CH2P es un gran avance para las pilas de óxido sólido, no una innovación incremental. El diseño y la validación de las diferentes partes de la tecnología fueron complejos y acomodar nuestros objetivos con las restricciones de cada componente supuso un desafío. Al final, superamos nuestras expectativas iniciales construyendo una solución capaz de combinar la flexibilidad en el uso y la generación de energía con alto rendimiento y bajo costo. Esto no se había previsto al comienzo del proyecto para los componentes de tecnología básicos, pero progresivamente se convirtió en la propuesta de valor del sistema CH2P.
¿Qué queda por lograr antes de que finalice el proyecto?
En este momento estamos preparándonos para la prueba de un prototipo completo de 20 kgH2/día en HyGear en Arnhem (Países Bajos). Lo cual irá seguido por la integración de un segundo módulo para realizar pruebas piloto en el Centro de Tecnología Shell en Ámsterdam. A continuación, el sistema CH2P se conectará a una infraestructura de repostaje de hidrógeno local. Al finalizar el proyecto CH2P, Vertech nos hará el análisis del ciclo de vida completo para evaluar la huella medioambiental y los efectos de la emisión de carbono y los costes. Sin embargo, la historia no termina ahí. Recibimos una segunda subvención que abarca el uso reversible de la misma tecnología, lo que permite combinar el modo inverso de la electrólisis con el uso de energías renovables. El nuevo proyecto SWITCH ampliará el alcance del sistema CH2P mediante el desarrollo de una nueva solución capaz de generar principalmente hidrógeno ecológico (a partir de energías renovables mediante electrólisis) de forma siempre garantizada (en el funcionamiento de CH2P, a partir de mezclas ricas en metano). Este es un requisito previo para ofrecer un servicio útil mientras se maximiza el uso de la energía renovable.
Palabras clave
CH2P, hidrógeno, gas natural, biometano, tecnología de transición, pila de combustible
