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Centro de Investigación y Desarrollo Tecnológico en Electroquímica

México y su transición a un sistema energético basado en el hidrógeno

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El hidrógeno ha sido ampliamente aceptado como un elemento portador de energía limpia, segura y sostenible. El hidrógeno tiene el potencial de proporcionar energía descentralizada a los sectores de transportación, industria, construcción y puede complementar la red de distribución eléctrica actual. Es tanta su importancia que se ha incubado el término de economía del hidrógeno, la cual es una visión a largo plazo que surge como alternativa a la economía basada en el petróleo, esta visión considera sistemas eficientes y competitivos para la producción, almacenamiento, transporte y conversión, que contribuyan en reducir una fracción mínima de emisiones en un escenario que considera una población mayor y una economía más grande.

El hidrógeno es el elemento más abundante, ligero y simple del universo, constituye el 90% de toda la materia.  El hidrógeno no existe de forma natural en el planeta, éste debe ser obtenido a partir de un compuesto rico en hidrógeno, actualmente la mayor generación de hidrógeno se realiza a través del reformado del gas natural aunque puede ser obtenido de otros hidrocarburos a partir de procesos de oxidación parcial. Otros métodos de producción de hidrógeno cada vez más común en uso y/o desarrollo contemplan la electrólisis del agua (rompimiento molecular con energía).  Este método no produce emisiones, sin embargo actualmente el costo de producción aún es mayor que el reformado de hidrocarburos debido que requiere energía eléctrica que en muchos casos es más costosa que los combustibles fósiles, pero como toda tecnología en un comienzo es costoso, hasta su producción masiva donde llega a ser accesibles para la sociedad.

La transición a un sistema energético basado en el hidrógeno  será gradual y puede tomar varios años como es el caso de países desarrollados Canadá, Estados Unidos y Europa. En este último caso se ha popularizado tanto la tecnología del hidrógeno que se cuenta con la  mayor infraestructura mundial,  logrando la integración de hidrógeno en la red pública de gas natural haciendo una combustión más limpia, económica aplicada en países como Alemania y el Reino Unido. En tema de movilidad existe el corredor del hidrógeno, este tendrá 20 estaciones de servicio para hidrógeno antes de 2020 entre España-Francia y Andorra.  Este proyecto de transición energética se configura como una de las principales iniciativas para favorecer el desarrollo de este combustible alternativo, denominado el corredor de Burgos.

Importantes retos tecnológicos y económicos deben ser superados antes de que la economía del hidrógeno pueda convertirse en realidad para todo el mundo, cada región tiene sus ventajas y complicaciones. Las principales áreas por desarrollarse son las celdas de combustible o pilas de combustible. Estos equipos son reactores que transforman el hidrógeno gaseoso en energía eléctrica nuevamente; los sistemas de producción de hidrógeno a partir de energías renovables denominado “Hidrógeno renovable”; infraestructura de distribución y almacenamiento que cumpla con los criterios ambientales y de seguridad; y captura y almacenamiento de carbón.

Como se menciona en anteriormente, existen grandes esfuerzos a nivel mundial, esta visión comienza a extenderse gradualmente aunque, lamentablemente para México y América Latina, esta visión no es compartida completamente, con la excepción de Argentina que cuenta con estaciones de carga vehicular de este combustible llamadas “hidrogeneras”. En el caso específico de nuestro país, los desarrollos en tecnologías de hidrógeno principalmente están  situados en fase de investigación,  que representan los primeros niveles de maduración tecnológica que marca el TRL (Technology Readiness Level) utilizado por la NASA y ahora adoptado por varios organismos mexicanos y centros de investigación.  Sin embargo en México a través de programas de incentivación a la innovación lanzados por el  Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACYT), se ha buscado el desarrollo de nuevas tecnologías que puedan alcanzar niveles de TRL finales y que logren el impacto positivo en términos social, ambiental y económico. Para que estos desarrollos 100% mexicanos sean disponibles  en  el mercado nacional e internacional. En el caso de tecnologías energéticas basadas en el hidrógeno, son contadas las empresas que buscan incursionar en ésta línea. La empresa  mexicana  Einnovación S.A. de C.V. en vinculación con el Centro de Investigación y Desarrollo Tecnológico (CIDETEQ) y  el Centro de Tecnología Avanzada unidad Querétaro (CIATEQ), ambos centros públicos de  investigación del CONACYT, han conjuntado esfuerzos para desarrollar un sistema de producción de hidrógeno a partir del agua, éste es un prototipo de electrólisis avanzada de primera generación  denominado Tritón 50 (T50) para aplicaciones industriales.

El T50 cuenta con dos reactores electroquímicos (electrolizadores) que generan 25 litros por minuto de hidroplasma, el cual es una mezcla gaseosa de hidrógeno y oxígeno generado por energía pulsada a altas frecuencias generadas por fuentes conmutadas con transistores tipo IGBT. Este producto generado puede enriquecer los sistemas de combustión convencionales como son quemadores abiertos, hornos y/o calderas de escala media. Esta integración  del hidroplasma cuenta con varios beneficios pero los más trascendentales es la reducción del consumo de combustibles fósiles y sus emisiones contaminantes.

Einnovación es la empresa  encargada del diseño y construcción del prototipo de electrólisis alcalina, de la electrónica, algoritmos de control y de los sistemas periféricos, obteniendo un sistema compacto y ligero en comparación con sistemas similares  presentes en el mercado mundial. La aportación de CIDETEQ al prototipo, se centra en el desarrollo de materiales electrocatalíticos que permitan un mayor intercambio iónico que se traduce en una mayor producción del gas; un análisis de las condiciones de operación y del electrolito que promuevan un desempeño estable, con mayor tiempo de vida y finalmente evaluó el funcionamiento del sistema en aplicaciones de campo corroborando los beneficios ambientales y económicos en sistemas de combustión convencionales.

Por otro lado el CIATEQ centró sus esfuerzos en mejorar la termodinámica del sistema para eficientar energéticamente la operación del equipo a través del diseño y modelado de intercambiadores de calor, además fue el encargado de analizar el efecto de la aplicación de ultrasonido  en el sistema, para el incremento de la producción del hidroplasma y una mejor eficiencia energética.

El resultado de este binomio empresa-centros de investigación, es un desarrollo tecnológico robusto y de alta eficiencia 100% mexicano. Cumpliendo con las características técnicas y económicas, que podrán posicionar este producto en el mercado nacional e internacional. Permitiendo al país visualizarse dentro de poco tiempo en la economía del hidrógeno. Es además un ejemplo de que es posible desarrollar tecnología de vanguardia conjuntado esfuerzos entre instituciones de diversas disciplinas trazando una meta en común.

Texto por:

Dr. Abraham Ulises Chávez Ramírez, investigador. Centro de Investigación y Desarrollo Tecnológico en Electroquímica S.C.

Ing. Juan Pablo Manzano Peña. Director General Einnovación S.A. de C.V.


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