Hidrógeno y dióxido de carbono, aliados en la transición energética

Desde la revolución industrial, el crecimiento económico mundial ha sido sostenido por la producción de energía a bajo costo basada en la explotación de recursos fósiles. La quema de estos combustibles conlleva la emisión de gases de efecto invernadero nocivos para el medioambiente.

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En particular, el dióxido de carbono (CO2) producto de la actividad humana, es reconocido como el responsable principal del denominado cambio climático, que engloba no sólo el calentamiento global sino también cambios en las precipitaciones, vientos, criósfera, nivel del mar y fenómenos climáticos extremos. Para frenar y revertir estas consecuencias negativas sobre el medioambiente se requieren profundos cambios en los modelos energéticos, promoviendo su descarbonización y priorizando el uso de energías que no liberen CO2 a la atmósfera.

Para ello, una estrategia consiste en diversificar la matriz energética mediante el aumento de la participación de energías renovables. De manera complementaria, es necesario desarrollar y aplicar tecnologías de captura, almacenamiento y/o transformación de CO2 en productos con valor agregado.

La implementación a gran escala de las energías renovables para producir energía eléctrica presenta un importante desafío tecnológico, dado que su naturaleza intermitente genera un desacople entre la oferta y la demanda. Por ejemplo, cuando el recurso solar o eólico está disponible, se puede producir gran cantidad de energía eléctrica. Parte de ella es incorporada al tendido eléctrico de acuerdo a la demanda de los consumidores, mientras que el exceso generado en períodos de gran producción debe poder ser almacenado para disponer de él cuando haya escasez del recurso.

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Entre los ejemplos típicos de vectores energéticos, pueden nombrarse las baterías y pilas, aunque en las últimas décadas, el hidrógeno (H2) es postulado como el principal candidato. En la naturaleza, el hidrógeno (H) se encuentra combinado con otros elementos formando compuestos como agua, glucosa, hidrocarburos y biomasa, entre otros. No es una fuente primaria de energía, sino que puede ser considerado como un portador. Esto significa que debe ser producido a partir de compuestos que lo contienen gastando energía primaria, ya sea renovable, fósil o nuclear.

La principal ventaja del H2 es que su combustión no genera CO2, sino únicamente vapor de agua. Entonces, la electricidad generada a partir del exceso de energías renovables puede alimentar electrolizadores que generan H2 mediante la electrólisis del agua. Luego, este H2, denominado hidrógeno verde, puede ser utilizado para generar energía limpia mediante turbinas o celdas de combustible.

Actualmente el principal mercado del H2 se circunscribe a su uso como materia prima en industria petroquímica, química y de refinado de combustibles. Las vías de producción a gran escala se basan en el uso de combustibles fósiles, principalmente por reformado de gas natural (hidrógeno gris) o gasificación del carbón (hidrógeno marrón).

Aunque con menor madurez tecnológica, también se lo puede producir a partir de derivados de la biomasa. Estos procesos implican grandes emisiones de CO2 a la atmósfera, lo que resulta incompatible con el objetivo de descarbonización planteado. En este contexto cobra gran relevancia el denominado hidrógeno azul, obtenido a partir de combustibles fósiles, pero con captura de CO2. Esto implica el aprovechamiento de tecnologías maduras y permite descarbonizar los sistemas energéticos existentes en países que cuentan con recursos fósiles como es el caso de Argentina.

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Los cambios en los modelos energéticos implican grandes inversiones y, por lo tanto, son lentos. Durante esta transición, mientras coexista la generación de energías limpias y aquellas que implican emisiones, la implementación de tecnologías de captura, utilización y almacenamiento de CO2 (en inglés CCUS, carbon capture, utilization and storage) resultan ser de suma importancia tanto desde el punto de vista ambiental como económico.

Por un lado, tecnologías de captura y almacenamiento de carbono (CCS), implican procesos que capturan directamente las emisiones de CO2 de las fuentes puntuales (centrales eléctricas, grandes plantas industriales), seguido de una etapa de compresión del gas para su transporte y almacenamiento.

Algunas alternativas contemplan el secuestro geológico de CO2 en yacimientos de petróleo y gas agotados o la mineralización de CO2, que involucra la formación de carbonatos estables con óxidos presentes en rocas de alto contenido en magnesio y hierro.

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Por otro lado, las tecnologías de captura y utilización de carbono (CCU), corresponden a procesos que capturan las emisiones de CO2 y luego lo utilizan en forma directa en la síntesis de diversos compuestos como urea, ácido salicílico y carbonatos, o bien en forma indirecta transformándolo en nuevos compuestos como plásticos, materiales de construcción y combustibles sintéticos.

En este último caso, en presencia de un catalizador específico, el CO2 puede combinarse con H2 para producir gas natural sintético (CH4). Entonces el excedente de energía renovable puede emplearse para producir H2 mediante la electrólisis del agua y luego, junto con el CO2 capturado de otros procesos, puede sintetizarse un gas almacenable.

De esta manera, el exceso de electricidad de la red eléctrica puede ser transferido a la red de distribución de gas natural, tecnología conocida como PtG (del inglés, power to gas).

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El aumento de la contribución de las energías renovables es la clave para garantizar un suministro de energía sostenible y, sin dudas, el hidrógeno tendrá un rol protagónico. Asimismo, durante la transición hacia un sistema completamente descarbonizado, se requiere la implementación de estrategias de gestión del CO2 que permitan la integración de los ciclos del H2 y el CO2, buscando no sólo reducir las emisiones, sino también revalorizar este residuo, usándolo como materia prima en procesos industriales.

En este sentido, Argentina tiene un gran potencial para la producción de H2 verde por la abundancia de recursos eólicos en el sur y fotovoltaicos en el noroeste.

Además, por su disponibilidad de recursos fósiles, las tecnologías CCUS pueden permitir la producción de H2 con bajas emisiones de carbono (H2 azul) y la reutilización del CO2 generado en los grandes centros de emisión. Finalmente, se debe remarcar que el aprovechamiento de estos recursos naturales depende crucialmente del desarrollo de las tecnologías asociadas y por lo tanto requiere de un ecosistema científico y tecnológico sólido, con la posibilidad histórica de desarrollar una importante fuente de riqueza para el país.

(*) La doctora Amica se desempeña en el Departamento Fisicoquímica de Materiales, Gerencia de Investigación Aplicada, Centro Atómico Bariloche, CNEA-Conicet.

Producción y edición: Miguel Títiro - mtitiro@losandes.com.ar