Un «árbol artificial» suizo para producir hidrógeno verde
Un prototipo único de reactor solar promete superar los elevados costes y las dificultades de transporte asociadas al desarrollo de hidrógeno verde. La primera planta piloto entrará en funcionamiento en Suiza en febrero de 2024, pero la innovación también despierta interés en el extranjero.
La antena parabólica instalada en el campus de la Escuela Politécnica Federal de Lausana (EPFL) no pasa desapercibido. Con un diámetro de siete metros y apuntando hacia el cielo, hace pensar en un radiotelescopio. Sin embargo, no está diseñado para detectar ondas de radio procedentes del espacio, sino para utilizar la luz solar y el agua para producir hidrógeno.
Se trata de la primera demostración de producción de hidrógeno solar en lo que a sistema se refiere, explica Sophia Haussener, directora del Laboratorio de Ciencias e Ingeniería de las Energías Renovables de la EPFL. Eso significa que, a diferencia de los experimentos de laboratorio, el prototipo incluye todos los elementos necesarios para la producción continua de hidrógeno.
El hidrógeno es un combustible neutro en carbono y puede utilizarse como «pila» para almacenar energía renovable. El reto es poder extraerlo de forma rentable del subsuelo o producirlo a partir de fuentes renovables, en grandes cantidades y a un coste aceptable. El hidrógeno es también uno de los temas principalesEnlace externo de la conferencia internacional sobre el cambio climático de Dubái (COP28). Esta serie explora el potencial y los límites del hidrógeno y el papel de la ciencia y la industria en la búsqueda del combustible ecológico del futuro.
El sistema denominado Arb, del latín arbor (árbol), ha sido patentado por SoHHytec,Enlace externo una start-up de la EPFL, y promete superar dos de los principales problemas que obstaculizan el desarrollo del hidrógeno verde: el elevado coste de producción y la dificultad de transportar lo que se considera el vector energético del futuro.
Arb es capaz de producir hidrógeno cerca de su lugar de uso y a un coste similar, si no inferior, al del llamado hidrógeno gris, es decir, el extraído del metano y el carbón. Actualmente, el 96% del hidrógeno producido en el mundo procede de fuentes fósilesEnlace externo.
Estas son las características clave que han permitido a SoHHytec obtener más de tres millones de francos de financiación. Y, sobre todo, convencer a las empresas de los sectores de la metalurgia, la energía y la logística de que confíen en el hidrógeno renovable para reducir sus emisiones de CO2. Tras diez años de investigación y desarrollo, el «árbol artificial» está listo para dar sus frutos.
¿Cómo funciona el árbol artificial productor de hidrógeno?
La luz solar es reflejada por el espejo parabólico y concentrada en el reactorEnlace externo situado en el punto focal. Dentro del reactor, la corriente eléctrica generada por el sol divide las moléculas de agua (H2O) en hidrógeno (H2) y oxígeno (O2) mediante un proceso similar al de la fotosíntesis en las plantas.
El sistema gira sobre sí mismo y sigue la posición del sol en el cielo para maximizar la producción (ver vídeo más abajo). Puede producir hidrógeno incluso con tiempo nublado o de noche conectándose a una fuente eléctrica externa.
Lo que le hace único es su capacidad para recuperar el calor y el oxígeno generados durante el proceso. El calor puede utilizarse para calentar el interior de edificios o precalentar determinados procesos industriales, mientras que el oxígeno, a menudo considerado un producto de desecho, puede utilizarse en hospitales para tratar a pacientes con insuficiencias respiratorias.
SoHytec afirma que Arb es más eficiente que las plantas ecológicas convencionales de producción de hidrógeno que utilizan energía solar o hidroeléctrica. Teniendo en cuenta la recuperación de calor y oxígeno, la eficiencia se acerca al 80%, según la empresa.
Hidrógeno suficiente para un coche
El hidrógeno generado por Arb tiene una pureza superior al 99% y se precomprime en el reactor, por lo que quedaría listo para su uso, explica a SWI swissinfo.ch Saurabh Tembhurne, cofundador de SoHHytec. Con una producción de aproximadamente medio kilogramo de hidrógeno al día, este prototipo podría alimentar un vehículo y hacer que recorra unos 70 kilómetros diarios.
La reacción fotoquímica para generar hidrógeno ecológico se conoce desde hace décadas. Sin embargo, su puesta en marcha se ha visto obstaculizada por diversos factores. El sistema desarrollado en la EPFL representa un paso significativo hacia soluciones energéticas sostenibles, escribe el ingeniero mecánico Canan Acar, de la Universidad de Twente (Países Bajos), en correo electrónico a SWI swissinfo.ch. Acar lleva más de 15 años investigando el hidrógeno verde. «Su capacidad de producción localizada, que reduce la necesidad de una amplia logística de transporte, aumenta aún más su viabilidad y escalabilidad», afirma.
La vida útil de Arb se estima en unos 20 años y para aumentar la producción basta con aumentar el diámetro de la antena parabólica o multiplicar el número de «árboles artificiales», como ilustra la siguiente animación:
Primera planta ecológica de hidrógeno en una empresa metalúrgica
A partir de febrero de 2024, la primera central de demostración estará operativa en una empresa de construcciones metálicas de Aigle (suroeste de Suiza). Zwahlen & Mayr utilizará un «jardín artificial» para autoproducir parte del hidrógeno que necesita para fabricar sus tubos de acero inoxidable.
Junto a la central se instalarán cinco módulos Arb de nueve metros de diámetro y una potencia total de 20 megavatios. De este modo, la empresa espera cubrir alrededor del 20% de sus necesidades de hidrógeno, explica a SWI swissinfo.ch Christian Charpin, director adjunto de Zwahlen & Mayr. El calor se utilizará para calentar el agua de la fábrica, mientras que el oxígeno se destinará a los hospitales locales.
SoHHytec también pretende exportar su innovación al extranjero. Un proyecto que se está ultimando en California prevé crear un parque con mil Arbs que producirán hasta 2.400 toneladas de hidrógeno al año. Esas centrales podrán, por ejemplo, proporcionar combustible ecológico para el transporte pesado y alimentar a unos 150 camiones que recorran 500 km al día.
Saurabh Tembhurne calcula que, utilizando únicamente luz solar concentrada, el precio de producción de hidrógeno verde en Estados Unidos podría bajar a unos 2,5 dólares por kilogramo. Un coste, por tanto, similar al del hidrógeno obtenido a partir del metanoEnlace externo (en Suiza, el precio actual es de 15-23 francos suizos por kg). Si entonces hubiera hospitales dispuestos a comprar oxígeno, el coste del hidrógeno se reduciría aún más, según Tembhurne.
SoHHytec también está negociando con socios de la India, como productores de energía, industrias químicas y empresas de transporte que pretenden sustituir el gasóleo de camiones y trenes por hidrógeno.
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La importancia de las condiciones climáticas
El éxito de este tipo de tecnologías está ligado al contexto en el que se desarrollan, señala Canan Acar. Por ejemplo, la eficiencia y la viabilidad de los sistemas de hidrógeno solar dependen en gran medida de las condiciones geográficas y climáticas. «Las regiones con alta irradiación solar serán las más beneficiadas, pero la viabilidad puede verse limitada en zonas con luz solar menos constante», señala.
Las instalaciones industriales existentes necesitan una adaptación tecnológica para integrar los sistemas Arb. Eso requiere consideraciones económicas y una cuidadosa planificación por parte de las empresas, afirma Acar.
SoHHytec se centra por ahora en el sector industrial. Las empresas interesadas pueden invertir en su infraestructura o suscribir un acuerdo a largo plazo para el suministro de hidrógeno a un precio fijo.
Sin embargo, la start-up no excluye la posibilidad de aplicaciones residenciales en el futuro. El uso de hidrógeno en viviendas es aún poco común y está sujeto a estrictas normativas locales, afirma Saurabh Tembhurne.
«Sin embargo, podríamos imaginar discos parabólicos más pequeños para viviendas unifamiliares, con los que la gente producirá energía y calor en su propio patio trasero», afirma.
Texto adaptado del italiano por Carla Wolff
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