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Cómo producir hidrógeno renovable a partir del uso directo de energía solar

31/08/2021 · Noticias

Tras casi una década de trabajo, un equipo de investigadores de Repsol y Enagás ha logrado desarrollar una tecnología pionera para la producción de hidrógeno renovable a partir del uso directo de energía solar, en un proceso conocido como fotoeletrocatálisis. Este proyecto es un desarrollo de I+D 100% español, liderado por mujeres y realizado en colaboración con varios de los centros de investigación en hidrógeno más prestigiosos del país. El próximo paso será la construcción de una planta de demostración en el complejo industrial que Repsol tiene en Puertollano, con el horizonte de alcanzar la madurez comercial antes de 2030.

Ana Martínez, Investigadora de Repsol Technology Lab y una de las líderes del proyecto, destaca el papel que va a tener el hidrógeno como vector energético clave en la descarbonización: “va a permitir, por un lado, almacenar las energías renovables a gran escala, y, por otro, utilizarlo como combustible en diferentes sectores, como puede ser la movilidad, en el ámbito residencial e industrial y, también, como materia prima en la industria”.


Un proceso eficiente y 100% renovable
La fotoelectrocatálisis, que permite emplear solo agua y energía solar para producir hidrógeno renovable, es una de las vías tecnológicas en las que trabaja Repsol para descarbonizar la generación de este gas. “Somos el primer productor y consumidor de hidrógeno en España y esta tecnología supone una reducción total de las emisiones en relación con los métodos convencionales usados para generar H2”, afirma María Dolores Hernández, colíder del proyecto. “El impulso que está dando Repsol a los proyectos relacionados con el hidrógeno renovable y, concretamente, a través de esta tecnología, nos permitirá seguir avanzando en nuestra apuesta por la multienergía y la sostenibilidad, teniendo como meta ser cero emisiones netas en 2050”.

La investigación sobre la tecnología de fotoelectrocatálisis arrancó en Repsol Technology Lab en 2012 y, en 2018, Enagás se sumó al proyecto con un acuerdo que convierte a ambas compañías en copropietarias. “Es una tecnología muy disruptiva”, asegura Mónica Sánchez, Coordinadora de Hidrógeno de Enagás, “que se enmarca en nuestra apuesta por los gases renovables, en concreto hidrógeno y biometano, como piezas clave para alcanzar la neutralidad en carbono que queremos conseguir a nivel europeo, y en concreto como compañía para 2040”.

Esta tecnología simplifica el proceso de producción con respecto a la electrólisis, la opción más utilizada hoy en día para la generación de hidrógeno renovable y donde la energía para llevar a cabo el proceso procede del sol o del viento. Esa electricidad renovable es transportada a un electrolizador donde se separa la molécula del agua en hidrógeno y oxígeno. La fotoelectrocatálisis, sin embargo, integra el proceso en un solo paso: “el dispositivo recibe directamente la radiación solar y con un material fotoactivo se generan las cargas eléctricas que provocan esa separación”, explica María Dolores Hernández.

Con esta alternativa se evitan las pérdidas asociadas al transporte y la transformación de la electricidad, lo que hace que “la tecnología de fotoelectrocatálisis mejore la eficiencia del proceso de conversión de energía solar a hidrógeno con respecto a la electrólisis”. Esta simplificación en infraestructura y equipos reducirá, además, las inversiones en esta tecnología, que también tiene la gran ventaja de no depender del precio de la electricidad. La hoja de ruta del proyecto “está concebida para que, en 2030, el gas generado por esta vía pueda competir en costes tanto con el producido por procesos convencionales a partir de gas natural, como con el obtenido por electrolisis”, continua María Dolores Hernández.

Por su parte, Mónica Sánchez apunta que “Enagás puede jugar un papel esencial en la integración e implementación del hidrógeno renovable en el sistema energético”. Este hidrógeno podrá ser transportado por la red existente para su distribución a los diferentes puntos de consumo, pudiendo de esta manera emplearse la infraestructura actual como almacenamiento energético de la generación eléctrica renovable.

Tecnología desarrollada con capacidades españolas
Además de una cooperación muy estrecha entre los equipos de Repsol y Enagás, “también ha sido fundamental el grupo de trabajo formado con grandes organismos especializados en tecnología”, resalta Ana Martínez, como ejemplo de colaboración público-privada en I+D. El Instituto de Investigación en Energía de Cataluña, el Instituto de Electroquímica de la Universidad de Alicante, la Fundación del Hidrógeno de Aragón y la empresa de ingeniería Magrana están involucrados en este proyecto, “de manera que la iniciativa se ha sacado adelante con centros nacionales, no por el hecho de serlo, sino porque eran los más capacitados para hacerlo”.

En Repsol dirigen la investigación María Dolores Hernández, doctora en Ciencias y experta en fotoelectrocatálisis, y Ana Martínez, ingeniera especializada en tecnologías de hidrógeno. En Enagás el protagonismo también es femenino: “La iniciativa está liderada en ambas partes por mujeres, tanto el equipo técnico como el de desarrollo de negocio. En ese sentido, el proyecto muestra un compromiso con la mujer investigadora y es un ejemplo claro del cambio de los últimos años en nuestro papel en grandes proyectos tecnológicos dentro del mundo de la empresa”, destaca Mónica Sánchez, doctora en ingeniería química.

La investigación ha ido creciendo desde la primera prueba de concepto de la celda fotoelectroquímica, de no más de un 1 cm2, hasta la entrada en operación en noviembre de 2020 de la planta piloto, hoy instalada en Repsol Technology Lab. Para María Dolores Hernández, que está trabajando en el proyecto desde sus inicios, “es muy gratificante ver como algo que parte prácticamente de cero en un laboratorio, años después se va haciendo realidad y ya podemos visualizar su implantación comercial”. Una sensación que comparte Ana Martínez: “es un momento dulce, aunque todavía falta camino por recorrer”.


Gas renovable para el mercado del hidrógeno
El plan para alcanzar la madurez industrial y económica de esta tecnología tiene definidas dos etapas de escalado adicionales: una planta demo que se pondrá en marcha en 2024 en Puertollano, con una extensión cercana a media hectárea y con una producción de 100 kg/día de hidrógeno renovable. Y una última fase, prevista para 2028, con la instalación, también en Puertollano, de una planta, ya en fase industrial, de unas 60 hectáreas y con una producción que llegue a las 10 t/día.

Ambas compañías están incorporando el hidrógeno renovable a sus respectivos negocios. En Repsol tendrá aplicación tanto en sus procesos industriales de refino y química, “como en los negocios que están surgiendo con esta nueva ‘economía del hidrógeno’: desde la movilidad, con los combustibles sintéticos o los vehículos eléctricos de pila de combustible, al sector doméstico, donde ya hay calderas disponibles para generar electricidad y calor con este gas”, señala Ana Martínez.

Solución innovadora a nivel mundial

España, como país que cuenta con un gran potencial solar, tiene para Ana Martínez “la posibilidad de crear grandes infraestructuras de producción por esta vía”. Una perspectiva que comparte Mónica Sánchez: “se prevé que España, por su situación estratégica, sea uno de los futuros exportadores de hidrógeno renovable a otros mercados de Europa que no tienen ese potencial en energía solar”. La infraestructura gasística será clave para transportar este gas, pero existen otras alternativas, como transformar el hidrógeno renovable en combustibles sintéticos.

Al igual que se ha hecho en otros grandes proyectos a nivel mundial de producción renovable de este gas, Repsol y Enagás han creado una compañía conjunta en la que se pretende incorporar otros socios inversores, con el objetivo acelerar la implementación industrial de la tecnología. La idea es atraer a empresas de ingeniería e industriales “que trabajen conjuntamente con nosotros en el escalado e industrialización de la tecnología de fotoelectrocatálisis. Una vez alcancemos el estado comercial, previsto para 2030, esta nueva compañía tendrá como modelo de negocio la venta de licencias de la tecnología en todo el mercado del hidrógeno”, declara Sánchez.

Repsol y Enagás, que han invertido hasta el momento 8 millones de euros en el desarrollo de este proyecto, tienen la propiedad industrial de esta tecnología, lo que se ha traducido en 65 solicitudes de patentes en más de 30 países de todo el mundo, de las que ya tienen concedidas 40, un dato, que, para Ana Martínez, “es una muestra de la innovación que supone esta tecnología”. Por su parte, el programa ‘Innovation Fund’ de la Comisión Europea, que concede ayudas a proyectos innovadores para descarbonizar la economía, ha anunciado que destinará financiación para impulsar esta tecnología.

Existen otras iniciativas de fotoelectrocatálisis en Europa, EEUU o Japón, “pero en términos globales, estamos seguras del gran potencial de esta tecnología, que va a permitir descarbonizar la producción de hidrógeno a escala industrial optimizando eficiencia y costes”, concluye María Dolores Hernández.

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