Estado del arte para el Almacenamiento y Transporte de H2
La transición energética global impulsa la adopción del hidrógeno como vector energético clave, especialmente el hidrógeno verde producido mediante fuentes renovables. Para su implementación a gran escala, es fundamental abordar los desafíos asociados con su almacenamiento y transporte eficiente y seguro.
Almacenamiento de Hidrógeno
El almacenamiento de hidrógeno se lleva a cabo mediante diferentes métodos, cada uno con características, ventajas y desafíos particulares. La elección del método adecuado depende de la escala, la duración del almacenamiento, el uso final y las condiciones geográficas.
Hidrógeno Gaseoso (GH2)
El almacenamiento de hidrógeno en fase gaseosa es el más común y se basa en la compresión para aumentar su densidad. Un kilogramo de hidrógeno a presión ambiente ocupa aproximadamente 11,000 litros, mientras que al comprimirlo a 350 bar, el volumen se reduce a 38 litros, y a 700 bar, ronda los 20 litros. Para lograr estas presiones, se utilizan sistemas de compresión mecánica (como compresores de pistón, diafragma e iónicos) y tecnologías de adsorción o hidruros metálicos.
El GH2 se almacena en tanques presurizados de diversos tamaños, desde cilindros pequeños hasta tanques de gran capacidad. También se investiga el almacenamiento subterráneo en cavernas de sal, que ofrece alta capacidad, seguridad y potencial rentabilidad. Sin embargo, esta técnica depende de la disponibilidad geológica de formaciones adecuadas y de la gestión de la pureza del hidrógeno almacenado.
Hidrógeno Líquido (LH2)
La licuefacción del hidrógeno se realiza enfriándolo a -253°C, lo que incrementa su densidad volumétrica hasta 71 kg/m³. El LH2 se almacena en tanques criogénicos diseñados para minimizar la evaporación y la pérdida de hidrógeno por ebullición. Este método es adecuado para aplicaciones donde la densidad energética y la movilidad son esenciales, aunque su alto consumo energético en el proceso de licuefacción (alrededor del 25-30% de su energía contenida) es un desafío a optimizar.
Portadores de Hidrógeno (Carriers)
Los portadores químicos de hidrógeno permiten su almacenamiento y transporte en formas más estables y a condiciones menos extremas que el GH2 o LH2.
- Amoníaco (NH3): Se obtiene a partir de hidrógeno y nitrógeno mediante la síntesis de Haber-Bosch. Puede almacenarse en estado líquido a -33°C y 1 bar o a temperatura ambiente bajo una presión moderada. Su densidad de hidrógeno contenido lo hace atractivo para aplicaciones a gran escala, aunque su conversión de vuelta a hidrógeno requiere procesos adicionales.
- Metanol (CH3OH): Es líquido a temperatura ambiente y puede utilizarse como vector de hidrógeno mediante procesos de reformado. Su facilidad de manejo y compatibilidad con infraestructuras existentes lo convierten en una opción en estudio.
- Portadores Orgánicos Líquidos (LOHC): Compuestos como el tolueno hidrogenado a metilciclohexano permiten almacenar hidrógeno de manera segura a temperatura y presión ambiente. Su principal ventaja es que pueden utilizar infraestructuras de transporte de combustibles líquidos convencionales y almacenarse durante largos periodos sin pérdidas significativas.
Almacenamiento en Sólidos
Algunas tecnologías permiten el almacenamiento de hidrógeno en materiales sólidos, ofreciendo ventajas en seguridad y densidad volumétrica.
- Hidruros Metálicos: Elementos como magnesio (Mg), boro (B) y aluminio (Al) pueden formar compuestos con hidrógeno, permitiendo su almacenamiento en estado sólido. La liberación del hidrógeno se produce mediante el control de temperatura (hasta 300°C en el caso del MgH₂) y presión.
- Estructuras de Carbono y MOFs: Nanomateriales como el grafeno, nanotubos de carbono y los marcos organometálicos (MOFs) presentan capacidad de almacenamiento de hidrógeno mediante adsorción (actualmente <5% en peso a temperatura ambiente), aunque su implementación a gran escala aún está en desarrollo.
Transporte de Hidrógeno
El transporte de hidrógeno es otro aspecto crucial para su adopción generalizada. Diversas opciones están en desarrollo y aplicación.
Transporte Marítimo
El transporte marítimo es esencial para el comercio internacional de hidrógeno, especialmente para largas distancias. Las principales alternativas consideradas son:
- Hidrógeno Líquido (LH2): El transporte de LH2 en buques cisterna especializados es una opción, aunque requiere mantener temperaturas criogénicas. Proyectos como HESC exploran esta vía. Se compara con el transporte de GNL (Gas Natural Licuado), aunque existen diferencias técnicas.
- Amoníaco (NH3): Se transporta en buques diseñados para distintos niveles de presión y refrigeración, utilizando infraestructura similar a la del gas natural licuado (GNL).
- LOHC: Permiten el transporte seguro a temperatura y presión ambiente, con menor riesgo de inflamabilidad, alta estabilidad química y la ventaja de reutilizarse en múltiples ciclos sin degradación significativa.
Transporte por Ductos
El transporte por ductos es una opción eficiente para el transporte de grandes volúmenes de hidrógeno a distancias medias y largas.
- Hidroductos: Se están planificando y construyendo nuevos ductos dedicados al hidrógeno (hidroductos) a nivel mundial. Se estima que existen alrededor de 91 proyectos de este tipo (según el informe European Hydrogen Backbone de 2023), totalizando 30.300 kilómetros que entrarán en funcionamiento alrededor de 2035.
- Reconversión de Gasoductos de GN: Se investiga la viabilidad de adaptar infraestructuras existentes para el transporte de hidrógeno, lo que permitiría aprovechar redes ya construidas y reducir costos de implementación. Sin embargo, el hidrógeno presenta desafíos como la fragilización de materiales metálicos, la permeabilidad en ciertos conductos y la necesidad de recubrimientos especiales para minimizar pérdidas y garantizar la seguridad. Además, la compatibilidad con sistemas de compresión y distribución existentes es un aspecto clave en estos estudios.
- Blending: Se puede mezclar hidrógeno con gas natural en proporciones controladas (típicamente ≤20% en volumen) para su distribución en redes existentes, aunque esto requiere adaptaciones en las aplicaciones finales y posibles procesos de separación posteriores.
Transporte por Carretera
El hidrógeno también puede transportarse en camiones cisterna, tanto en forma de hidrógeno comprimido en botellas de alta presión como en forma líquida en tanques criogénicos. Esta opción es más flexible para distancias cortas y medianas, aunque menos eficiente para volúmenes grandes en comparación con otras alternativas.
Conclusión
El almacenamiento y transporte de hidrógeno están en constante evolución. Se están optimizando diversas tecnologías, desde el almacenamiento gaseoso y líquido hasta soluciones innovadoras como los portadores químicos y el almacenamiento en sólidos. La elección de la solución más adecuada dependerá de factores técnicos, económicos y logísticos específicos para cada aplicación. La investigación y el desarrollo continuo son esenciales para superar los desafíos existentes y permitir la implementación a gran escala del hidrógeno como pilar fundamental de un sistema energético sostenible.
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