El hidrógeno muestra un potencial significativo como facilitador de la transición hacia la energía ecológica, en particular en sectores industriales donde la electrificación es un desafío. Anu Pulkkinen, gerente sénior de estrategia y desarrollo comercial de Vaisala, analiza la situación actual de la economía del hidrógeno y el papel clave de la medición precisa para hacer posible la transición ecológica. 

La economía del hidrógeno se refiere al uso del hidrógeno para descarbonizar sectores económicos que son difíciles de electrificar, como el transporte terrestre, el transporte marítimo, la aviación y la industria pesada. Al igual que otras alternativas a los combustibles fósiles, el hidrógeno se clasifica por color según el modo en que se produce:

• El hidrógeno verde se produce a través de la electrólisis del agua utilizando electricidad renovable como la eólica o la solar.
• El hidrógeno azul se produce dividiendo el gas natural fósil en hidrógeno y CO2 y luego capturando y almacenando o utilizando el CO2 producido.
• El hidrógeno gris, la forma más común producida hoy en día, se crea de la misma manera que el hidrógeno azul, excepto que el CO2 se libera a la atmósfera en lugar de ser capturado.

Tanto el hidrógeno azul como el verde contribuirán a ampliar la economía del hidrógeno. 
 

El hidrógeno es un elemento clave en la transición energética global

A medida que las tecnologías de producción evolucionan y se descubren constantemente nuevas aplicaciones para el hidrógeno, la economía del hidrógeno logra grandes avances. El hidrógeno ya se utiliza ampliamente como materia prima o combustible en procesos como el refinado de petróleo y la producción de amoníaco y metanol, y como agente reductor en la producción de acero. Todas ellas son industrias en las que la transición hacia un hidrógeno más limpio y verde tiene un potencial significativo para la reducción de emisiones.

El hidrógeno también se utiliza en pilas de combustible para alimentar motores eléctricos en autobuses y camiones, y como medio de almacenamiento de energía y fuente de energía en la generación de energía. Además, el hidrógeno y los combustibles basados en hidrógeno podrían ofrecer posibles soluciones bajas en carbono para el transporte marítimo y la aviación, donde la descarbonización es particularmente difícil. Para obtener más información sobre el futuro de las pilas de combustible, vea mi presentación I+D de pilas de combustible: tendencias futuras, impulsores y aplicaciones.
 

Por qué la medición fiable es importante para la economía del hidrógeno

En Vaisala adoptamos una visión amplia de la descarbonización que abarca la optimización de procesos, la captura, la utilización y el almacenamiento de carbono (CCUS), la electrificación y nuevas tecnologías y mejoras. La medición precisa de parámetros como la humedad, el dióxido de carbono y el metano es fundamental para impulsar la economía del hidrógeno y acelerar la transición hacia la energía ecológica.

Los instrumentos de Vaisala para medir estos parámetros ofrecen una medición en línea estable y en tiempo real sin necesidad de muestreo manual. También ofrecen un tiempo de respuesta rápido y son excepcionalmente fáciles de instalar y mantener, con un largo intervalo de calibración y sin partes móviles ni consumibles que necesiten reemplazarse.

Las sondas de medición de Vaisala son capaces de enviar una señal de corriente continua (4–20 mA) y bus de campo (Modbus) al sistema de automatización de una planta sin la necesidad de instalar ningún software o hardware adicional. Todos los instrumentos de Vaisala tienen un amplio rango de temperatura y también ofrecemos opciones de resistencia a la intemperie y certificación Ex para permitir la instalación en entornos altamente desafiantes y explosivos. Veamos algunos ejemplos de cómo se utiliza la tecnología de Vaisala en aplicaciones relacionadas con el hidrógeno.
 

Las pilas de combustible dependen de una medición fiable de la humedad

El hidrógeno se utiliza en una amplia gama de aplicaciones de pilas de combustible, donde el control de la humedad es fundamental debido al mecanismo de intercambio de protones de la pila de combustible. Dentro de las celdas de combustible hay una membrana electrolítica de polímero (PEM), que conduce protones entre el ánodo y el cátodo. La humedad de los gases reactivos (hidrógeno en el lado del ánodo y aire en el lado del cátodo) debe controlarse para preservar la integridad de la membrana.

Cuando la humedad se mantiene en el nivel óptimo, el PEM exhibe una alta conductividad de protones y baja resistencia eléctrica, pero si se seca demasiado la conductividad cae drásticamente, lo que limita mucho la potencia de salida de la celda. Por otro lado, la humedad excesiva puede provocar daños mecánicos a la membrana, dando lugar a un aumento de la resistencia eléctrica y una reducción del voltaje.

La tecnología de Vaisala ha estado respaldando el desarrollo de las celdas de combustible de hidrógeno desde su inicio a principios de la década de 1990. Los principales actores de las industrias automotriz y de construcción naval utilizan la tecnología HUMICAP® de Vaisala en sus procesos de desarrollo de celdas de combustible. Los sensores de humedad de Vaisala también son ampliamente utilizados por el Centro de Investigación Técnica VTT de Finlandia en proyectos de investigación relacionados con el hidrógeno. Los expertos de VTT están investigando tecnologías de celdas de combustible de baja temperatura (PEM) y alta temperatura (óxido sólido), y los instrumentos de Vaisala se instalan antes y después de la pila de celdas de combustible para monitorear y controlar la humedad del gas de proceso. Los instrumentos de Vaisala también se utilizan para medir los niveles de humedad del aire ambiente en la purificación y producción de hidrógeno. 

Obtenga más información sobre los instrumentos desarrollados para condiciones de alta humedad y únase a nuestra serie de seminarios web sobre el Laboratorio de humedad de celdas de combustible para profundizar los conocimientos en materia de humedad en vaisala.com/fuelcell.
 

Medición de CO2 y humedad en aplicaciones CCUS

La CCUS desempeñará un papel esencial en el esfuerzo global por lograr la neutralidad de carbono. En sectores donde las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) son difíciles de reducir, la CCUS puede ser el único camino hacia la descarbonización. La CCUS también será necesaria en las industrias con uso intensivo de energía que aún dependen de combustibles fósiles.

La medición continua y en línea de la concentración de CO2 en corrientes de gas entrantes y salientes permite el monitoreo del rendimiento en tiempo real y la optimización del proceso en plantas donde se captura el CO2. La medición precisa de CO2 y humedad también es fundamental durante la investigación y el desarrollo de nuevas tecnologías de captura, ya que proporcionan información valiosa sobre la cinética y el rendimiento del proceso.

Las tecnologías de Vaisala se están aplicando en la captura de CO2 de fuentes puntuales en la planta de conversión de residuos en energía de CopenHill en Amager, Dinamarca. La planta convierte 560.000 toneladas de residuos en electricidad, calor y cenizas cada año. El proceso de captura de carbono se basa en la sonda multigas MGP261 de Vaisala para medir la humedad y la concentración de CO2 capturado. El CO2 capturado puede luego utilizarse junto con hidrógeno para producir combustibles y productos químicos ecológicos. Obtenga más información en vaisala.com/CCUS.
 

Medición de CO2, metano y humedad en aplicaciones SOEC

La coelectrólisis por electrólisis de óxido sólido (SOEC, solid oxide electrolysis) se utiliza para producir hidrógeno y metano a partir de CO2, agua y electricidad. Aunque la tecnología todavía está en la fase piloto, se prevé que desempeñe un papel importante en la transición de Japón al 90 % de gas renovable para 2050.

El CO2 utilizado puede capturarse a partir de emisiones industriales, directamente de la atmósfera o de procesos utilizados para transformar el biogás en biometano. El proceso de SOEC suele utilizar energía renovable y no requiere metales preciosos ni elementos de tierras raras, lo que reduce el impacto ambiental.

La medición precisa de CO2 en los procesos de captura de carbono ayuda a maximizar la eficiencia del proceso de SOEC y minimizar las emisiones de GEI. Además, está adquiriendo cada vez mayor importancia ante normativas cada vez más estrictas.

La sonda multigas de metano, dióxido de carbono y humedad MGP261 de Vaisala se utiliza en procesos de coelectrólisis SOEC para medir la materia prima (CO2, humedad) y los productos (metano) en tiempo real para mejorar la eficiencia y optimizar el proceso. Obtenga más información sobre el instrumento en vaisala.com/MGP261.
 

Las mediciones industriales están en el corazón de la transición ecológica

Las energías renovables y la producción de energía limpia están en el centro de todo camino de descarbonización industrial y transición ecológica, y las tecnologías y procesos innovadores que posibilitarán la transición necesitan mediciones confiables. La tecnología de Vaisala ayuda a acelerar la descarbonización con instrumentos de confianza que ofrecen mediciones fiables y estables en tiempo real de la humedad, el dióxido de carbono y el metano. Juntos podemos impulsar la economía del hidrógeno y posibilitar un cambio sostenible real.