La Red H2ENRY trabaja en la mejora de las tecnologías de producción y uso del hidrógeno renovable

Dra. Iria Regueiro Carrera.

Investigadora del área de Bioenergía del Centro Tecnológico EnergyLab. 

Integrada por cinco centros tecnológicos, la red H2ENRY tiene el objetivo de desarrollar tecnologías disruptivas que impulsen la producción, purificación, almacenamiento y transporte de hidrógeno verde que faciliten la descarbonización.

El hidrógeno se ha producido y empleado en la industria durante años, principalmente en la industria metalúrgica, en refinerías, en la industria química y en la del acero, así como en la producción de fertilizantes y amoniaco. Su uso ha evolucionado en las dos últimas décadas, para ser ampliado a industrias con consumo elevado de energía, transporte pesado, marítimo y la aviación, de difícil descarbonización. La cantidad de hidrógeno que se produce en la actualidad es el triple que el producido en los años setenta y se prevé un aumento del uso en los próximos años: tan sólo en 2022, el consumo a nivel mundial ha sido un 3% más que el año anterior. Sin embargo, una gran parte del hidrógeno producido en la actualidad no es sostenible, pues mayoritariamente se obtiene a partir de combustibles fósiles. Por todo ello, se hace muy necesaria la creación de un nuevo modelo energético que apueste por la sostenibilidad, minimizando las emisiones de dióxido de carbono.

El hidrógeno verde se obtiene a partir de fuentes renovables y en el proceso no se emite dióxido de carbono, y por este motivo, y por la elevada capacidad energética que tiene, posee un gran potencial para la descarbonización de nuestra economía, y así contribuir a la transición energética. Pero todavía existen muchos retos técnicos y económicos asociados a toda la cadena de valor del hidrógeno verde, donde se aprovechen al máximo los recursos disponibles, que es necesario resolver.

De esta necesidad surge la red H2ENRY, creada con el objetivo de desarrollar tecnologías disruptivas que impulsen la producción, purificación, almacenamiento y transporte de hidrógeno verde que faciliten la descarbonización. La red H2ENRY está integrada por 5 centros tecnológicos: EnergyLab, ITE (Instituto Tecnológico de la Energía), Leitat y AICIA (Asociación de Investigación y Cooperación Industrial de Andalucía), y coordinada por la Fundación CIDAUT. Este proyecto cuenta con la subvención del Centro para el Desarrollo Tecnológico y la Innovación (CDTI) y el apoyo del Ministerio de Ciencia e Innovación y Universidades, dentro de la convocatoria Ayudas Cervera y constituye la base de una red de excelencia en Tecnologías del Hidrógeno verde. La red tiene como reto la investigación y transferencia de conocimiento en dichas tecnologías innovadoras para la generación de hidrógeno renovable a partir de la reutilización de excedentes y fuentes de energía renovable, su posterior purificación y almacenamiento, así como la integración de herramientas de digitalización que permitan incrementar la eficiencia de los procesos.

Mediante H2ENRY, se dinamizará el sector energético y otras industrias mediante el aporte de capacidades investigadoras que serán necesarias para la mejora de las tecnologías de producción y uso del hidrógeno renovable, como son:

• Diversificación en las formas de producción de hidrógeno a partir de fuentes renovables (solar) y residuos industriales (biomasa y calor residual).
• Mejora en la eficiencia en los sistemas de producción de hidrógeno.
• Mejora de los componentes de los sistemas de producción de hidrógeno, mediante el desarrollo de materiales avanzados con mejores prestaciones y más sostenibles.
• Reducción en los costes de producción de hidrógeno mediante la mejora en la fiabilidad y mantenimiento de los equipos de electrólisis.
• Ahondar en las alternativas de almacenamiento y transporte de hidrógeno y mejora en los procesos de purificación de hidrógeno en función del uso.
• Mejora en la formación y capacitación en tecnologías del hidrógeno.
• Incremento del posicionamiento internacional de los centros tecnológicos y de la industria española en tecnologías de producción, almacenamiento y distribución del hidrógeno.

En el Centro Tecnológico EnergyLab trabajamos en dos tecnologías de producción de hidrógeno: mediante ruta electroquímica SOEC y mediante ruta biológica por fermentación oscura de residuos húmedos.

Los electrolizadores de estado sólido (SOEC) son dispositivos electroquímicos que operan a altas temperaturas para electrolizar agua en hidrógeno y oxígeno. Uno de los aspectos más destacados de los SOEC es su alta eficiencia en la producción de hidrógeno, que puede llegar a ser del 80%. Esta alta eficiencia es una consecuencia directa de su operación a altas temperaturas. Por ello, en industrias como la siderurgia o la producción de cemento, donde el calor residual es abundante, los SOEC pueden utilizar este calor para mantener sus altas temperaturas de operación, mejorando aún más la eficiencia del proceso global. Además de la producción de hidrógeno, los SOEC también pueden utilizar dióxido de carbono (CO₂) como insumo para producir monóxido de carbono (CO), que en combinación con hidrógeno puede ser utilizado para sintetizar combustibles líquidos, como metanol o gasolina sintética. Esto hace que los SOEC sean una tecnología versátil en la industria de la energía y la química, contribuyendo por tanto a su descarbonización.

Por otro lado, la tecnología de fermentación oscura es un proceso biológico en el que ciertos microorganismos degradan la materia orgánica (principalmente hidratos de carbono) presente en efluentes residuales y, como producto de su metabolismo, generan hidrógeno en una mezcla gaseosa.

La fermentación oscura (FO) se puede utilizar en cualquier industria donde se generen corrientes líquidas residuales de las cuales se puede aprovechar el hidrógeno generado y al mismo tiempo aportar soluciones de gestión a dichas corrientes que de todas maneras deberían tratarse previo a su vertido o disposición final.

Este proceso se lleva a cabo en un reactor que es alimentado por corrientes residuales ricas en carbohidratos o azúcares (generalmente de industrias alimenticias, como las de refrescos y lácteas, entre otras), obteniendo, además, una corriente líquida de salida con alta concentración de Ácidos Grasos Volátiles (AGVs). Esta corriente de salida aún cuenta con un gran potencial energético que puede ser aprovechado de diversas formas y en el proyecto H2enry, es aprovechada mediante un reactor bioelectroquímico (BES). Energylab, en conjunto con Leitat, uno de los socios de la red H2ENRY, está desarrollando un sistema de Electro-Fermentación Oscura (EFO), que combina ambos procesos: la fermentación oscura y un sistema bioelectróquimico. La combinación de estas dos tecnologías permite maximizar el aprovechamiento del residuo a tratar, complementando la digestión y aprovechando los subproductos de valor que se obtienen en la fermentación oscura. De esta forma se mejora la eficiencia del proceso, obteniendo mayor cantidad de hidrógeno con una concentración más elevada. La EFO supone una mejora considerable en el rendimiento de la producción de H₂, lo que la torna económicamente más rentable e interesante para su implementación en la industria que los procesos individuales de FO y BES por separado.

La red H2ENRY no solo se centra en la investigación y el desarrollo, sino que también trabaja para superar los principales desafíos del sector del hidrógeno. Entre sus objetivos está diversificar las formas de producción de hidrógeno a partir de fuentes renovables como la biomasa, reducir costes mediante la optimización de procesos y materiales avanzados, y mejorar la eficiencia de los sistemas de producción.

La visión de la Red H2ENRY es convertirnos en un referente mundial en el desarrollo y la implementación de tecnologías de hidrógeno sostenible, contribuyendo activamente a la mitigación del cambio climático y a la creación de un mundo más sostenible. Visualizamos un futuro donde el hidrógeno renovable sea una parte integral de la matriz energética global, impulsando la descarbonización de sectores clave como el transporte, la industria y la generación de energía, con impactos positivos tanto a nivel ambiental como socioeconómico.