¿Pueden el Hidrógeno y el Dióxido de Carbono convertirse en aliados para el cuidado del medio ambiente? ¿Cuáles son las tecnologías disponibles para su producción? Estos fueron los temas centrales del segundo encuentro del ciclo de charlas semanales organizado por el Gobierno rionegrino en el marco del Plan Estratégico Río Negro Hidrógeno Verde. 

POR LIC. DANIELA BENTIVOGLIO

El moderador del encuentro fue Gonzalo Medina Cabrera, Director Ejecutivo de la Agencia de Inversiones “Río Negro Invierte”, quien hizo hincapié en la importancia de “este desafío conjunto que hemos propuesto desde el Gobierno provincial para el desarrollo del estudio, la cadena de valor y la cadena productiva del Hidrógeno Verde”.

“En este segundo Jueves de Hidrógeno contamos con dos exponentes de la ciencia de altísimo nivel, que ponen en evidencia lo que manifestamos siempre de Río Negro con respecto a su potencial científico”, agregó Medina Cabrera dando inicio a las presentaciones del día.

La primera en tomar la palabra fue la Dra. Fabiana Gennari, Ingeniera Química y Doctora en Ingenieria, Jefa del Departamento Fisicoquímica de Materiales del Centro Atómico Bariloche de la Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA), Investigadora Principal en la CNEA y en el CONICET. Entre otros importantes puntos de su CV, se destaca el Premio Nacional L’Oréal-UNESCO “Por las mujeres en la Ciencia” en colaboración con el CONICET, que recibió en 2016 en la temática Energías Alternativas y Cuidado del Medio Ambiente.

Tras agradecer al Gobierno de Río Negro por la invitación, Gennari adelantó que su objetivo es “contar a modo de divulgación cómo podemos conectar al hidrógeno (H2) con el dióxido de carbono (CO2) de manera de lograr una sinergia en beneficio del ambiente”. “Suena un poco raro -advirtió- porque sabemos que el CO2 es uno de los gases de efecto invernadero, tal como se explicó en el Primer Jueves de Hidrógeno (https://revistanyt.com.ar/online/primer-jueves-de-hidrogeno/), pero vamos a ver de qué manera lo podemos conectar en esta transición de las energías no renovables hacia las renovables”.

La experta comenzó analizando la matriz energética nacional, conformada en un 52% por gas natural, 33% por petróleo y sus derivados, 7% por “otras energías” (solar, eólica, alcohol y aceite vegetal, bagazo y leña), 5% energía hidráulica y 3% nuclear. Es decir que el 85% de la energía generada en el país es derivada de combustibles fósiles, cuya combustión emite dióxido de carbono, óxidos de nitrógeno, gases que contienen azufre, y otros compuestos que contribuyen con la lluvia ácida y el calentamiento global.

Frente a este panorama, que muestra una gran dependencia hacia las energías no renovables, “es necesario llevar a cabo una transición paulatina, al menos en su mayoría, hacia las fuentes renovables”. “El problema es su intermitencia, que hace que por ejemplo en el caso de la solar no se pueda dar respuesta a la demanda energética nocturna. Hay una relación que no se cumple entre la disponibilidad de esa energía renovable y la demanda. Por esa razón es que el hidrógeno cobra un rol protagónico como vector energético”, subrayó Gennari.

“EL HIDRÓGENO COBRA UN ROL PROTAGÓNICO COMO VECTOR ENERGÉTICO”

¿Qué significa esto último? El hidrógeno es un vector energético en tanto no es una fuente primaria de energía sino, un medio para transportar y contener la energía del sol o del viento y disponer de ella en otros momentos de demanda sin depender de cuestiones como factores estacionales: “El Hidrógeno actúa como una herramienta para almacenar esta energía cuando hay producción, para ser utilizada cuando no está disponible el recurso”.

Hidrógeno como portador de energías renovables 

Su importancia como portador de energía responde a sus atractivas propiedades:

• Es el elemento más abundante de la corteza terrestre. Se encuentra formando compuestos como agua, biomasa, alcoholes, azúcares, etc.
• Puede estar disponible sin restricciones geográficas
• No es tóxico.
• Libera gran cantidad de energía en comparación con los combustibles fósiles.
• No contamina. Tiene una combustión limpia con la que es posible obtener energía y agua. Esa combustión se puede llevar a cabo en celdas de combustible o motores de combustión interna que permiten disponer de esa energía renovable almacenada en el hidrógeno sin afectar al medio ambiente cuando se la libera, porque el único producto que se obtiene es agua.

“Río Negro tiene un gran potencial para obtener hidrógeno a partir de energía solar y mucho más de la eólica. Esa energía surgida por fuentes renovables se puede inyectar a la red eléctrica para que directamente llegue a los destinos finales, pero tal vez estemos produciendo más energía de la que en ese momento se está necesitando. Ese exceso de energía se busca convertirlo a este vector de energía que es el H2”, explicó la Dra. Gennari.

A nivel mundial y también en Argentina, el 95% de la demanda actual de hidrógeno es satisfecha a partir del uso de combustibles fósiles, principalmente gas natural. Este proceso de producción se conoce como “Reformado de metano con Vapor”: se obtiene H2 pero viene acompañado de CO2. “Es aquí donde el hidrógeno y el dióxido de carbono se pueden combinar para ayudar a esta transición verde y a la descarbonización de la energía mediante tecnologías de captura/almacenamiento y captura/reutilización del CO2”, remarcó la experta.

EL 95% DE LA DEMANDA ACTUAL DE HIDRÓGENO ES SATISFECHA A PARTIR DEL USO DE COMBUSTIBLES FÓSILES

Según detalló, se puede llevar a cabo un almacenamiento geológico del carbono, o bien utilizarlo para fabricar materiales para la construcción o producir carbonatos (ejemplo, para gaseosas, aspirinas, etc.), y otros usos de la industria. “La otra opción es capturarlo y reutilizarlo, volviéndolo aliado del hidrógeno: si diseño procesos específicos donde ambos se combinan es posible reciclar el CO2 y producir plásticos (que serían sumideros finales de dióxido de carbono), o fertilizantes y otros precursores de la industria química y combustibles”.

“También es interesante capturar emisiones de CO2 de plantas que utilizan combustibles fósiles para producir energía y mediante una serie de procesos combinarlo con el hidrógeno para producir gas natural. Ese gas natural haría que empecemos a bajar el contenido de derivados del petróleo de mayores cadenas de carbono y favorecer una transición paulatina de las energías no renovables a las renovables mientras éstas van madurando”, detalló Gennari.

Finalmente, la especialista hizo referencia a algunas de las actividades que se realizan en el Departamento Fisicoquímica de Materiales en el Centro Atómico Bariloche en referencia al dióxido de carbono y el desarrollo de materiales y procesos para su captura, almacenamiento y reconversión.

“Producción de Hidrógeno: Una vuelta de tuerca a la electrólisis de agua”

Ese fue el título de la presentación de Liliana Mogni, completando la segunda entrega del ciclo “Jueves de Hidrógeno”. Licenciada en Química y Doctora en Ciencias de la Ingeniería, Mogni trabaja para el Departamento Caracterización de Materiales del CAB. A su rol como Investigadora en la CNEA y el CONICET se suma su labor docente en el Instituto Balseiro. También es miembro del Consejo en el Instituto Nanociencia y Nanotecnología (INN).

Además de repasar las características del hidrógeno, Mogni recordó que su demanda anual en el mundo ronda los 70 millones de toneladas, cifra que está creciendo entre un 7 y un 10 % por año. La mitad se utiliza para la producción de amoníaco que se emplea en la cadena de producción de fertilizantes, seguido por la industria petroquímica y otros usos como la fabricación de aceros y cementos, y como vector de energía para la generación eléctrica y el transporte. En cuanto a la producción del hidrógeno, donde centró su ponencia, la doctora subrayó que solo un 4% proviene de la electrólisis.

Los colores del Hidrógeno

• El hidrógeno gris es resultante del reformado de gas natural. Este proceso emite CO2
• El hidrógeno marrón o negro es generado a partir de carbón. Genera aún más cantidades de emisiones que el gris
• La producción del hidrógeno azul emite dióxido de carbono pero se lo captura.
• Para generar hidrógeno verde no se emite CO2 porque se utilizan fuentes renovables.
• El hidrógeno rosa surge a partir de la utilización de centrales nucleares utilizando energía y calor en ciclos combinados.

Centrándose en el hidrógeno verde, Mogni explicó: “La electrólisis es un proceso asociado a la ruptura de la molécula del agua para producir hidrógeno. Para eso, necesito energía, que en este caso proviene de fuentes renovables que no emiten gases de efecto invernadero. El resultado es un hidrógeno muy puro”.

LA ELECTRÓLISIS ES UN PROCESO ASOCIADO A LA RUPTURA DE LA MOLÉCULA DEL AGUA PARA PRODUCIR HIDRÓGENO

Tras una exhaustiva explicación sobre el proceso de electrólisis y el estado del arte de esta tecnología, la especialista comparó tres tipos de electrolizadores: los alcalinos, los PEM y los SOEC.

Los alcalinos ya cuentan con una madurez comercial; logran una eficiencia del 59 al 79%; son equipos de bajo costo pero voluminosos (por lo que se necesitan plantas grandes), y no son tan apropiados para acoplarlos a generación renovable. Hay plantas de este tipo en el mundo, por ejemplo en Alemania.

Los electrolizadores PEM tienen una eficiencia del 62 al 82% y son de diseño compacto. Es una línea relativamente madura pero con ciertos puntos a mejorar. Se pueden acoplar bien a las renovables aunque los costos de materiales son altos. En Bélgica se encuentra una planta de este tipo.

Por último, Mogni se refirió a los electrolizadores de óxido sólido, SOEC. Esta tecnología se encuentra en etapa de desarrollo, con prototipos en países como Dinamarca, Alemania y Estados Unidos. Logran una eficiencia del 95% y permiten una baja en los costos de operación porque también funcionan con calor. Los materiales son económicos aunque se degradan (en estudio). Necesita un sistema de back up para que el sistema opere de manera continua. Se está estudiando su combinación con otras tecnologías.

Como “vuelta de tuerca” a estos procesos la Dra. Mogni mencionó la posibilidad de la reversibilidad (en PEM y SOEC): “Producir hidrógeno cuando tengo alta generación y utilizarlo como combustible en celdas de combustible para generación eléctrica”. También señaló el aprovechamiento del calor, la electrólisis con agua de mar, y el objetivo de la electrólisis del dióxido de carbono (Misión Marte para transformarlo en oxígeno).