Salvando Las Distancias: Almacenamiento Y Distribución En La Cadena De Valor Del Hidrógeno

En los últimos años, el interés y la actividad en el sector del hidrógeno se han acelerado, impulsados por gobiernos que reconocen el papel del hidrógeno en la transición energética y por empresas de todo el mundo que aprovechan las nuevas oportunidades de mercado mediante el suministro de servicios, productos, tecnologías y proyectos. Aunque se ha prestado mucha atención al desarrollo previo de plantas de producción de hidrógeno con bajas emisiones de carbono (tanto verdes como azules) y a los avances posteriores en tecnologías de pilas de combustible y casos de uso industrial del hidrógeno, la infraestructura intermedia necesaria para almacenar y transportar el hidrógeno ha recibido a menudo menos atención.

 

El desarrollo de este eslabón crítico de la cadena de valor es vital para garantizar todo el potencial del hidrógeno como materia prima industrial, combustible y vector energético, salvando las distancias entre producción y consumo. Existe una amplia gama de soluciones para el transporte y el almacenamiento del hidrógeno.

 

 

Este artículo profundiza en el tema de las tecnologías de almacenamiento y distribución de hidrógeno, examinando sus casos de uso y destacando las recientes actividades comerciales en este ámbito. Para una exploración más profunda de cada tecnología y de las actividades comerciales asociadas, consulte el nuevo informe de mercado de IDTechEx, "Economía Del Hidrógeno 2023-2033: Producción, Almacenamiento, Distribución Y Aplicaciones" .

 

 

A pesar de su impresionante densidad energética gravimétrica, uno de los principales retos del hidrógeno es la complejidad de su almacenamiento y transporte. Esto se debe a su bajísima densidad en condiciones ambientales, que se traduce en una baja densidad energética volumétrica. Por consiguiente, es necesaria una compresión importante (de 100 a 700 bares) o la licuefacción a un punto de ebullición extremo de -253 °C para aumentar su densidad energética volumétrica y poder almacenar y transportar cantidades adecuadas.

 

Aunque maduros, los métodos actuales de almacenamiento en gas comprimido y líquido criogénico presentan importantes desventajas. Estos métodos consumen mucha energía, lo que disminuye el contenido energético neto del hidrógeno. La compresión consume entre el 10 y el 30% de la energía original, mientras que la licuefacción puede llegar hasta el 30-40%, con la carga añadida de requerir una planta de licuefacción separada, lo que supone una inversión de capital considerable. Estas ineficiencias dificultan considerablemente algunas aplicaciones, como la movilidad de los FCEV y el almacenamiento de energía, al reducir drásticamente la eficiencia energética global. Los riesgos de seguridad en el almacenamiento de gas comprimido y los problemas de ebullición en el almacenamiento de H líquido₂ provocan pérdidas de hidrógeno, lo que agrava aún más los problemas. En conjunto, estos factores hacen que el transporte nacional e internacional de hidrógeno sea caro e ineficiente.

 

En todo el mundo existen gasoductos de hidrógeno, con un total estimado de 5.000 km, pero su alcance se restringe en gran medida a regiones específicas como partes de Texas y Luisiana alrededor de la costa del Golfo o zonas de Francia, Bélgica, Países Bajos y Alemania. Normalmente explotados por gigantes del gas industrial como Air Products, Linde y Air Liquide, estos gasoductos abastecen a instalaciones industriales como refinerías situadas a una distancia limitada de los centros de producción. Este confinamiento pone de relieve la acuciante necesidad de ampliar las redes de gasoductos para conectar más ampliamente las distintas regiones de producción y consumo.

 

 

 

Existen muchas soluciones, pero la elección óptima depende del tamaño del almacenamiento y de la aplicación. Los tanques de almacenamiento de gas comprimido e hidrógeno líquido probablemente seguirán sirviendo para aplicaciones de almacenamiento estacionario, como las estaciones de repostaje de hidrógeno. Las esferas de hidrógeno líquido pueden utilizarse para almacenar grandes cantidades en centros de producción y terminales de importación y exportación. Empresas consolidadas como Tenaris (almacenamiento de gas comprimido), Chart Industries (tanques de H líquido₂ ) y McDermott CB&I (recipientes esféricos de H líquido₂ ) ya suministran estas soluciones bien comercializadas.

 

Los depósitos de hidrógeno comprimido, especialmente los compuestos de tipo III y IV, están ganando terreno en el mercado de los FCEV, ya que son los más adecuados para almacenar hidrógeno a bordo de un vehículo. Muchos FCEV, como el Hyundai Nexo y el Toyota Mirai, utilizan depósitos de tipo IV que almacenan hidrógeno a 700 bares. Se espera que el almacenamiento comprimido persista en muchos segmentos de FCEV, dominando los ligeros. Sin embargo, los depósitos de hidrógeno líquido (LH₂ ) presentan la ventaja de una mayor capacidad, lo que podría ser beneficioso para los segmentos de vehículos pesados. De ahí que algunas empresas, como Daimler Truck, estén probando el uso de LH₂ .

 

Los sistemas de almacenamiento que utilizan hidruros metálicos resultan prometedores para aplicaciones estacionarias similares a los actuales sistemas de H comprimido y líquido₂ . Estos sistemas, que funcionan a presiones mucho más bajas (10-50 bares) y utilizan ciclos de presión para la adsorción/liberación, pueden ser más adecuados para aplicaciones de almacenamiento de energía de hidrógeno debido a la reducción del consumo de energía y, por tanto, a la mejora de la eficiencia de ida y vuelta. Empresas como GKN Hydrogen están avanzando hacia la comercialización, habiendo demostrado sus sistemas en el almacenamiento de energía fuera de la red y en la cogeneración residencial de calor y electricidad (CHP). Muchas más empresas están desarrollando sistemas basados en hidruros metálicos.

 

El almacenamiento subterráneo de hidrógeno, que utiliza depósitos como cavernas de sal, se basa en métodos ya establecidos de almacenamiento de gas natural. En los próximos años, operadores como Uniper y Gasunie prevén integrar estas instalaciones en las redes de conducciones de hidrógeno. Se prevé que el almacenamiento subterráneo desempeñe un papel clave en el almacenamiento estacional de hidrógeno para abastecer a los sectores en épocas de menor demanda, al igual que el almacenamiento de gas natural. Las instalaciones subterráneas también pueden ser utilizadas por proyectos industriales como reserva de hidrógeno: HYBRIT, un proyecto de fabricación sostenible de acero en Suecia, está probando un concepto de este tipo utilizando una caverna de roca revestida (LRC). Sin embargo, la reglamentación y los largos plazos de desarrollo de los proyectos siguen siendo retos fundamentales para este tipo de almacenamiento.

 

 

En la actualidad, los remolques de hidrógeno comprimido y líquido abastecen aplicaciones a menor escala, como estaciones de repostaje o proyectos piloto. Es probable que esta tendencia continúe, ya que el transporte a gran escala en el que se necesita un suministro continuo de hidrógeno puede no ser viable con estos métodos. Para el transporte de gas comprimido podrían utilizarse muchos tipos de recipientes, del Tipo I al IV, desarrollados por empresas como Hexagon Purus . Otras empresas, como LIFTE H2, están utilizando conceptos de remolque para desarrollar repostadores móviles, que pueden compensar la falta de una estación de repostaje de hidrógeno.

 

El transporte a mayor escala y a distancias más largas requerirá oleoductos y gasoductos, ya sea directamente desde la producción hasta los lugares de uso final o alimentando redes de oleoductos y gasoductos. Está prevista la construcción de nuevos gasoductos y algunos proyectos, como el gasoducto de hidrógeno HyNet North West, ya están en marcha. La reutilización de los gasoductos de gas natural es una posibilidad, pero requiere una amplia simulación, pruebas y evaluación de riesgos para identificar los gasoductos adecuados. La iniciativa europea Hydrogen Backbone lidera el desarrollo de una red de gasoductos a gran escala, con la participación de más de 30 operadores; muchos de los gasoductos que se utilizarán están previstos a partir de redes existentes. La mezcla de hidrógeno con gas natural también es un tema popular, ya que es una forma de descarbonizar parcialmente el sector de la calefacción y la electricidad, con proyectos como HyDeploy que demuestran que una mezcla de 20 vol% es segura en los gasoductos existentes. Sin embargo, un mayor porcentaje de mezclas de hidrógeno requerirá la modificación de muchos aparatos y equipos en los sectores residencial e industrial.

 

El transporte internacional de larga distancia puede implicar hidrógeno líquido o la conversión a portadores de hidrógeno como el amoníaco o el LOHC. El transporte de hidrógeno líquido fue demostrado por el buque Suiso Frontier (construido por Kawasaki Heavy Industries) en el proyecto HESC, transportando hidrógeno de Australia a Japón. Sin embargo, esta vía puede ser menos viable que la de los portadores debido a las dificultades técnicas y comerciales de tratar con hidrógeno líquido.

 

La ventaja de utilizar portadores de hidrógeno es la utilización de las rutas de transporte y los buques existentes, aunque requiere instalaciones de procesamiento adicionales. Empresas como Chiyoda Corporation e Hydrogenious LOHC Technologies están en vías de comercializar sus soluciones LOHC. También está prevista una terminal receptora de amoníaco en el puerto de Rotterdam, en colaboración con Royal Vopak, Gasunie y HES International. Muchas más empresas de todo el mundo también están considerando el amoníaco como la opción más viable.

 

 

La adopción mundial de tecnologías de almacenamiento y distribución de hidrógeno se ampliará a medida que aumenten los lugares de producción y uso final. Esto representa una oportunidad para el suministro de productos, el desarrollo de proyectos y la I+D para innovar y perfeccionar los métodos existentes. IDTechEx prevé que el mercado mundial de producción de hidrógeno bajo en carbono alcance los 130.000 millones de dólares en 2033, con un crecimiento sustancial de las soluciones de transporte y almacenamiento. El nuevo informe "Hydrogen Economy 2023-2033: Producción, Almacenamiento, Distribución y Aplicaciones" ofrece una visión exhaustiva de la cadena de valor, incluyendo análisis tecnológicos, comparaciones, actividades comerciales, innovaciones y tendencias del mercado.

 

Para obtener más información sobre este informe IDTechEx, incluidas las páginas de muestra descargables, visite www.IDTechEx.com/hydrogeneconomy.