Esta tecnología se vislumbra como una solución prometedora a la dependencia energética de los combustibles fósiles

El hidrógeno, como vector energético, ha sido considerado desde hace años como posible opción alternativa a la economía basada en el empleo de combustibles fósiles para el abastecimiento energético. Pero durante los últimos, coincidiendo con el refuerzo de las políticas de protección medioambiental y con el desarrollo de tecnologías de uso final de alto rendimiento, especialmente en relación con las denominadas pilas de combustible, asistimos a un nuevo impulso en el ámbito de los países desarrollados, dirigido a superar las barreras que aún dificultan su desarrollo y a convertir en realidad su empleo masivo a medio y largo plazo.

El desarrollo del hidrógeno como opción energética se perfila como una de las alternativas de diversificación con mayor proyección a nivel mundial. El uso de este combustible, tanto en aplicaciones de transporte como en plantas estacionarias para la generación de electricidad y calor, representa una alternativa limpia y eficiente, que evita la emisión de gases nocivos a la atmósfera y puede obtenerse con relativa sencillez a partir de fuentes convencionales, residuos o por electrólisis del agua.

La posibilidad de asociar la producción del hidrógeno con fuentes renovables supone además un valor añadido, tanto para la aplicación directa del hidrógeno como combustible limpio como para el almacenamiento de energía en forma de hidrógeno útil, alternativa esta última de gran interés para facilitar la integración de fuentes discontinuas, como la energía eólica o la hidráulica, en el sistema eléctrico.

El Idae, como entidad adscrita a la Secretaría de Estado de Energía, Desarrollo Industrial y Pymes del Ministerio de Economía, tiene encomendada la misión estratégica de impulsar en España la eficiencia energética y el uso racional de la energía, así como la diversificación de las fuentes de abastecimiento y la utilización creciente de las energías renovables.

Por todo ello, viene apoyando desde hace años todas aquellas iniciativas que permitan aunar esfuerzos en favor del desarrollo del hidrógeno como alternativa de diversificación energética, eficiente y favorable también desde una perspectiva de protección medioambiental.

Durante el pasado año, la actividad del Idae en este ámbito se ha centrado en la puesta en marcha de la Asociación Española del Hidrógeno, junto a la cual se organizó el primer encuentro sectorial del hidrógeno y las pilas de combustible, que logró reunir en un fructífero foro de discusión a la práctica totalidad de las empresas más relevantes relacionadas con esta tecnología y presentes en el mercado español.

Respecto a proyectos de aplicación de las tecnologías de producción y uso del hidrógeno, durante 2003 se puso en marcha el proyecto europeo Citycell, que prevé la puesta en marcha en diversas ciudades europeas de flotas de autobuses urbanos movidos por pilas de combustible. Además, el Idae estudia actualmente la viabilidad de otros proyectos, relacionados con la producción de hidrógeno con fuentes renovables y aplicaciones de pilas de combustible en proyectos de trigeneración, tanto en el sector industrial como doméstico.

Esta actividad relativa al desarrollo del hidrógeno y las pilas de combustible en España coincide, como ya se ha comentado anteriormente, con un importante impulso a nivel internacional de los programas de apoyo a la innovación y el desarrollo tecnológico del hidrógeno y sus tecnologías asociadas, junto a la puesta en marcha de medidas para el refuerzo del marco político e institucional.

El desarrollo del hidrógeno como futuro vector energético, cuenta en este momento con un importante interés por parte de todos los agentes implicados en el sector. Si bien es cierto que los principales esfuerzos de investigación se están centrando, en la actualidad, en el desarrollo de sistemas para su aplicación en el transporte, los proyectos estacionarios han sido los que mayor experiencia han adquirido con más de 650 instalaciones en el mundo, representando alrededor de 120 megavatios de los 150 megavatios en operación.

En la utilización de células de combustible para generación de electricidad y calor en los sectores industrial y residencial, la reducción de emisiones frente a las tecnologías térmicas tradicionales puede ser del orden del 30 por ciento, en emisiones de CO2, y de unos dos o tres órdenes de magnitud en óxidos de nitrógeno y de azufre, monóxido de carbono y partículas, todo ello si se emplea hidrógeno obtenido a partir de gas natural.

La unión de un elevado rendimiento eléctrico (hasta un 50 por ciento) con el aprovechamiento del calor residual, se traduce en un menor consumo de combustible por unidad energética útil.

Desde 2003, nuestro país cuenta con la primera instalación de trigeneración a partir de una célula de combustible de carbonatos fundidos (MCFC) alimentada con gas natural. El proyecto ha sido desarrollado por la empresa Izar en Cartagena.

Desde el punto de vista del potencial de aplicación del hidrógeno y las células de combustible en cogeneración/trigeneración, las tecnologías de carbonatos fundidos (MCFC) y óxidos sólidos (SOFC) tienen la indudable ventaja de su alta temperatura de funcionamiento (>600ºC), de forma que el aprovechamiento del calor generado en la reacción electroquímica permite posteriores aplicaciones en los sectores industrial y de servicios para generación de calor (climatización, ACS, procesos, etc.), con los consecuentes incrementos de rendimientos energéticos.

Igualmente, comenta Juan Luis Plá de la Rosa, Jefe del Departamento de Promoción Gran Empresa del Idae, estas tecnologías disponen de un mayor grado de tolerancia respecto a las características del combustible de alimentación, de forma que potenciales aplicaciones con gases residuales (biogás, gases de síntesis, gasificación de carbón/biomasa, etc.) permitirían mejorar los balances energéticos globales de estos sistemas.

Actualmente, el transporte representa alrededor del 40 por ciento del consumo energético en nuestro país y, más concretamente, el transporte urbano engloba una gran parte del total de desplazamientos, consumo de energía y emisiones. Asimismo, los medios de transporte están basados, hoy en día, en formas de propulsión que utilizan combustibles fósiles como el gasóleo o la gasolina, por lo que el tráfico de las ciudades se ha convertido en una gran fuente de contaminación urbana y emisiones de efecto invernadero. A pesar de que la estricta legislación europea ha conseguido reducir las emisiones del transporte gracias a la introducción de límites de emisión para vehículos, que ahora avanzan hacia la 5ª fase con la introducción de las normas Euro IV en 2005, sólo es posible una reducción más notable de las emisiones de CO2 y contaminantes por medio de un mayor uso del transporte público –y, por tanto, un menor empleo de los vehículos privados– y a través del fomento de tecnologías alternativas y combustibles que no tengan origen fósil. Es por ello que el hidrógeno, que puede ser generado por medio de sistemas sin emisiones de dióxido de carbono, y la tecnología de células de combustible, con una gran eficiencia energética, se vislumbra como una solución prometedora al dilema de la dependencia energética de los combustibles fósiles y las emisiones contaminantes y de efecto invernadero procedentes del transporte.

Debido a las indudables ventajas, tanto estratégicas como medioambientales, del uso del hidrógeno en el transporte, y encuadrándose en los objetivos marcados en el Libro Verde de la Energía y el Libro Blanco del Transporte, la Comisión Europea ha apoyado firmemente el desarrollo de proyectos de células de hidrógeno en el transporte. En este sentido, se están llevando a cabo actualmente dos iniciativas muy destacadas, el proyecto Cute y el proyecto Citycell, que han sido calificados por la Unión Europea como “estratégicos”, ya que demuestran la viabilidad técnica de sistemas de transporte sin emisiones contaminantes ni de efecto invernadero, lo cual redundará en un mayor grado de acercamiento a los objetivos impuestos por el Protocolo de Kioto, y mejorará la calidad de vida de las ciudades europeas en cuanto a calidad atmosférica y niveles de ruido. España participa en ambos proyectos con un papel destacado.

El proyecto Cute (Clean Urban Transport for Europe) es el primero, a nivel mundial, en el que se investiga simultáneamente con la producción de hidrógeno, su abastecimiento en los centros urbanos y la operación de vehículos con células de hidrógeno en redes comerciales de transporte público. Como parte del proyecto, 27 autobuses de hidrógeno circularán por las calles de nueve ciudades europeas (Ámsterdam, Barcelona, Hamburgo, Londres, Luxemburgo, Madrid, Oporto, Estocolmo y Stuttgart) durante dos años.

Los autobuses del proyecto Cute –desarrollados por Evobus, filial de autobuses del grupo Daimler Benz– disponen de una pila de hidrógeno de intercambio protónico que suministra una potencia eléctrica de 205 kilovatios, lo cual permite disfrutar de unos niveles de aceleración y comportamiento similares a los de un autobús diesel convencional. El hidrógeno es acumulado como un gas a 350 bares en nueve cilindros de 205 litros situados sobre el autobús, por lo que la capacidad del vehículo no se ve afectada por el tamaño de los mismos. Los autobuses disponen de servicios adicionales como el aire acondicionado o la dirección asistida, que también son alimentados por el motor eléctrico central.

La Comisión Europea ha financiado el 35 por ciento del presupuesto del proyecto, mientras que el resto lo han aportado los socios del mismo (suministradores de autobuses y equipos y operadores de transporte).

El proyecto de Barcelona, cuyos autobuses fueron entregados el pasado mes de septiembre, ha sido llevado a cabo por las empresas Transports Metropolitans de Barcelona (TMP) y BP. En el proyecto se ha optado por producir el hidrógeno por medio de un proceso de electrólisis del agua, que cuenta con un notable aporte de electricidad renovable. En la planta, el combustible es almacenado en botellas en la propia estación y es suministrado a alta presión a los autobuses, por medio de un surtidor conectado a un compresor durante la noche.

En el proyecto de Madrid –en el que participan la Empresa Municipal de Transportes de Madrid, Gas Natural, Repsol-YPF y Air Liquide– el hidrógeno se produce por medio de un reformador de vapor de metano, que es complementado por suministro de hidrógeno procedente de plantas industriales.

El proyecto Citycell (Fuel Cell Energy in Cities), en el que participan Madrid, París y Turín, está dedicado a la experimentación con el funcionamiento, en condiciones reales, de autobuses de hidrógeno hibridados con baterías eléctricas. El objetivo marcado es demostrar que, por medio de la hibridación, se pueden usar pilas de combustible más pequeñas, con un precio más bajo, y poder así beneficiarse de las ventajas del mayor volumen de mercado de las pilas de combustible que se espera en el segmento de los automóviles. Un sistema de propulsión de este tipo y capacidad es totalmente nuevo en el transporte público a nivel mundial.

El autobús ha sido fabricado por la empresa Irisbus (Grupo Iveco), que también coordina el proyecto. El fabricante ha contado con el apoyo del Ministerio de Ciencia y Tecnología como parte del Programa de Fomento a la Innovación Tecnológica (Profit). En el proyecto también participan el Instituto Madrileño de Desarrollo de la Comunidad de Madrid y la Empresa Madrileña de Transportes.

Por tratarse de un valor añadido tanto del proyecto Cute como del proyecto Citycell, resulta interesante profundizar en la infraestructura creada para la producción y el suministro de hidrógeno para los autobuses; tanto el proyecto de Barcelona como los proyectos de Madrid incluyen la creación de una planta con estos cometidos.

En Barcelona se ha construido una estación productora y suministradora de hidrógeno en las instalaciones de TMB de la Zona Franca, donde el hidrógeno se produce por medio de electrólisis del agua, para lo cual una gran instalación de energía solar fotovoltaica que ha sido construida sobre una marquesina aportará –inicialmente– un 5 por ciento de la electricidad, aunque BP –el suministrador de los equipos– afirma que el aporte podría llegar a ser de un 18 por ciento de la electricidad necesaria en un futuro.

La planta de Madrid, en la que los autobuses del proyecto Cute y el del proyecto Citycell comparten surtidor, ya está concluida y está funcionando actualmente. Se ha construido en las instalaciones de la EMT, y ha sido desarrollada por el consorcio “esH2”, formado por Air Liquide España, Gas Natural SDG y Repsol YPF. La tecnología por la que se ha optado para producir el hidrógeno ha sido la del reformado de gas natural, por tratarse de un proceso más económico y fiable a medio plazo. La planta consta de 1100 metros cuadrados de superficie en los que se sitúan la planta de producción de H2, un sistema de almacenamiento y un surtidor de llenado rápido, que permite a cada autobús repostar en unos quince minutos.

La EMT ha aportado el 29 por ciento de la financiación de la planta, el 64 por ciento procede del consorcio esH2, y el 7 por ciento restante lo financia la Unión Europea.

La estación de servicio de Madrid ha sido una de las primeras en operar en Europa, tras la construida en el aeropuerto de Múnich y la que opera en Hamburgo. Además, es la tercera en todo el mundo que genera el hidrógeno en un reformador de pequeña capacidad instalado en la propia estación.

Tanto el proyecto Cute como el Citycell pretenden ser un medio de evaluación de las pilas de hidrógeno y una plataforma desde la que mejorar la seguridad de la tecnología y dar a conocer su empleo a la sociedad. Una vez finalizados, ambos proyectos servirán para establecer recomendaciones a los gobiernos sobre la introducción de esta tecnología en el sector de los transportes, así como para conseguir que la tecnología sea totalmente aceptada por la sociedad mediante la divulgación de los resultados.

Desde la Unión Europea se considera necesario que Europa mantenga el liderazgo en el hidrógeno y en otros métodos de propulsión destinados a disminuir la dependencia del petróleo. En concreto, la Dirección General de Transporte y Energía, por medio del Libro verde sobre seguridad en el abastecimiento energético y el Libro blanco del transporte, ha mostrado un gran interés en el desarrollo de tecnologías alternativas al uso de los combustibles fósiles en el transporte y ha establecido para los países de la UE el objetivo de que los combustibles alternativos a la gasolina y el gasóleo (entre los que se incluyen el gas natural, los biocarburantes y el hidrógeno) representen un 20 por ciento de la energía empleada en el transporte en el año 2020.

La consecución de los ambiciosos objetivos marcados para el hidrógeno está indudablemente sujeta a la reducción de costes de la tecnología –hoy en día mucho más cara que los sistemas convencionales, pero con una marcada tendencia a la baja– y al desarrollo de una red de infraestructuras asociadas.