Prevención de riesgos y retos de seguridad asociados en su proceso industrial

La comunidad internacional ha adquirido el compromiso de alcanzar la neutralidad de emisiones entre 2050-2100. En la Unión Europea tenemos el objetivo de reducir las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI), en el horizonte 2050, entre un 80% y un 95% respecto al nivel de 1990, para convertirnos en el primer continente climáticamente neutro. En este escenario, la demanda a ritmo acelerado de nuevos puestos de trabajo en las industrias del hidrógeno verde, puede dar como resultado que se resienta la prevención de los riesgos laborales asociados a estos nuevos empleos.

En la transición del modelo energético para cumplir el compromiso europeo de reducción de emisiones GEI entre un 80% y un 95% en 2050, el hidrógeno verde es un vector energético clave, como también lo es en la creación de nuevos empleos. Imagen: Planta de hidrógeno verde de Iberdrola en Puertollano (Castilla-La Mancha).

En la transición del modelo energético para cumplir el compromiso europeo de reducción de emisiones GEI entre un 80% y un 95% en 2050, el hidrógeno verde es un vector energético clave, como también lo es en la creación de nuevos empleos. El informe ‘Green hydrogen: Energizing the path no net zero. Deloitte’s 2023 global green hydrogen outlook’, publicado por el Centro Deloitte para el Progreso Sostenible (DCSP), estima que el mercado mundial del hidrógeno verde, del que Europa representa un 14%, alcanzará los 642.000 millones de dólares en 2030, 980.000 millones en 2040 y 1,408 billones de dólares en 2050, logrando reducir 85 gigatoneladas de las emisiones acumuladas de CO₂ para 2050.

El mercado mundial del hidrógeno verde, del que Europa representa un 14%, alcanzará los 642.000 millones de dólares en 2030, 980.000 millones en 2040 y 1,408 billones de dólares en 2050, logrando reducir 85 gigatoneladas de las emisiones acumuladas de CO₂ para 2050. Imagen: Deloitte’s 2023 global green hydrogen Outlook.

El  Valle Andaluz del Hidrógeno Verde, de Cepsa, supondrá la generación de 10.000 puestos de trabajo, 1000 de manera directa, y dinamizará la actividad económica de más de 400 pymes de la zona. Imagen: Cepsa prevé comenzar a producir hidrógeno verde en Andalucía en el año 2026, concretamente en la planta de 400 megavatios proyectada en su parque energético de La Rábida, en Palos de la Frontera (Huelva). Imágenes: Cepsa.

La solución energética del hidrógeno, ya la propuso en 2002, Jeremy Rifkin, en su libro ‘La economía del hidrógeno’, en el que recoge el concepto acuñado en plena crisis del petróleo en 1973, cuando el impulso de algunas de las tecnologías que se usaron en la carrera espacial, como la fotovoltaica o las pilas de combustible de hidrógeno permitieron que el ser humano pusiera un pie en la Luna; después a principios de este siglo XXI, la idea de producir hidrógeno como combustible alternativo se retoma, pero la crisis financiera de 2007-2008 lo frena en seco. Ahora, a la tercera la vencida, el hidrógeno verde es determinante como vector energético, con 0 emisiones de CO₂.

El hidrógeno es un gas no tóxico, incoloro, inodoro, insípido e inflamable y es el elemento químico más ligero y abundante del universo. Combinado con el oxígeno, forma el agua (H₂O). Es el gas más ligero de todos los gases y puede producir asfixia si este diluye la concentración de oxígeno por debajo de los niveles necesarios que sustentan la vida. El hidrógeno líquido es incoloro, inodoro, no corrosivo y no es significativamente reactivo. Tiene la densidad más baja de cualquier gas licuado. Se expande aproximadamente 850 veces al convertirse en gas bajo condiciones normales de temperatura y presión (293,15 K y presión absoluta).

Propiedades más relevantes del hidrógeno en relación con la seguridad y otros combustibles.

El hidrógeno no es una fuente de energía primaria sino un vector energético, ya que requiere para su producción mediante un proceso químico con aportación de energía, la cual se revierte después de los procesos de almacenado y distribución. Una de las ventajas más notables del hidrógeno como combustible es que, cuando se quema o reacciona con el oxígeno, únicamente produce vapor de agua como subproducto. Atendiendo a la materia prima necesaria y a las emisiones de CO₂ generadas para su obtención, el hidrógeno es generalmente clasificado en los siguientes tipos:

• Hidrógeno renovable o hidrógeno verde: hidrógeno generado a partir de electricidad renovable, utilizando como materia prima el agua, mediante un proceso de electrólisis. Así mismo, el hidrógeno obtenido mediante el reformado del biogás o la conversión bioquímica de la biomasa, siempre que se cumplan los requisitos de sostenibilidad establecidos, tendrá carácter renovable.
• Hidrógeno azul: hidrógeno obtenido de forma similar al hidrógeno gris, pero al que se le aplican técnicas de captura, uso y almacenamiento de carbono (CCUS: Carbon Capture, Utilization and Storage). lo que permite reducir hasta en un 95% las emisiones de CO₂ generadas durante el proceso.
• Hidrógeno gris: hidrógeno producido a partir de gas natural u otros hidrocarburos ligeros como metano o gases licuados de petróleo mediante procesos de reformado. Actualmente, el 99% del hidrógeno consumido en España es de este tipo.

Además de los anteriores, existen otros tipos con un impacto medioambiental muy diverso, como el hidrógeno negro o marrón cuya materia prima es el carbón, la energía nuclear o la electricidad de la red, no estando incluidos en la clasificación anterior por ser difícil cuantificar el impacto ambiental de su producción y consumo.

Los peligros del uso de hidrogeno con sus riesgos asociados deben ser identificarse para su evaluación y prevención. Inicialmente las propiedades características del hidrógeno, tales como el amplio rango de inflamabilidad o una energía de ignición baja, son las causas que pueden provocan accidentes en el uso de hidrógeno como combustible. La combustión, ya sea en forma de llama, deflagración o detonación, es uno los mayores peligros y causas de los accidentes que tiene su origen en:

1. Fugas de hidrógeno no detectadas que pueden provocar incendios y explosiones.
2. Derrame de hidrógeno líquido.
3. Purga inapropiada de las tuberías y recipientes.
4. Condensación del aire en líneas no aisladas con materiales no aptos para bajas temperaturas.
5. Fragilización por hidrógeno, que es un tipo de corrosión que degrada las propiedades de los materiales metálicos y no metálicos.
6. Colisiones durante el transporte con derrames o fugas que pueden desencadenar fuegos y explosiones.

Los equipos de seguridad y salud laboral son esenciales para proteger a los empleados durante los trabajos de mantenimiento que se llevan a cabo en plantas de producción de hidrógeno. En caso de emergencia, se debe disponer de dispositivos respiratorios de evacuación o escape. Imagen: Capuchas de evacuación filtrantes Dräger PARAT.

Es importante destacar, las consecuencias fisiológicas y los severos tipos de daños que sufren las personas que se ven envueltas en accidentes que ocurren en sistemas con hidrógeno:

• Asfixia, que se produce cuando se diluye la concentración de oxígeno por debajo del 19,5 % en volumen, como un desplazamiento del aire, bien por una fuga, o bien por una purga de gas.
• Ondas expansivas, de las explosiones como resultado de la sobrepresión.
• Calor radiante procedente de una llama de aire y gas de hidrógeno y que es directamente proporcional a una variedad de factores que incluyen el tiempo de exposición, la velocidad de combustión, el calor de combustión, el tamaño de la superficie de combustión y las condiciones atmosféricas, entre las que destaca el vapor de agua.
• Quemaduras criogénicas, por el contacto con fluidos o superficies frías.

La producción de hidrógeno verde se realiza mediante electrolizadores, compuestos de distintos elementos como la celda electrolítica, formado por electrodos y electrolito sólido o líquido, las fuentes de alimentación eléctrica, elementos de monitorización y control, sistemas de refrigeración y purificación de agua. Imagen Accelera HyLYZER 1000.

Existen tres tipos principales de electrolizadores: electrolizadores alcalinos, que son los más utilizados en la actualidad; electrolizadores de membrana de intercambio de protones (PEM),  que son altamente eficientes, más complejos y con una vida útil inferior y coste superior a los alcalinos; y los electrolizadores de óxido sólido (SOEC) que funcionan a altas temperaturas, por lo requieren una alta cantidad de energía térmica adicional para funcionar, lo que puede aumentar los costos operativos y limitar la viabilidad en regiones con recursos energéticos limitados.

Una vez  producido el hidrógeno, puede inyectarse en un gaseoducto, quemarlo en aplicaciones industriales, emplearlo para fabricar otras sustancias como fertilizantes, o almacenarlo en estado gaseoso o líquido, para ser utilizado en otras localizaciones  para su empleo industrial, a demanda de uso, en los procesos de producción.

El almacenamiento del H₂ gaseoso producido presenta cierta complejidad por la baja densidad, lo que obliga a comprimirlo para evitar grandes volúmenes de tanques.

El almacenamiento del H₂ gaseoso producido presenta cierta complejidad por la baja densidad, lo que obliga a comprimirlo para evitar grandes volúmenes de tanques. Para el almacenamiento de hidrógeno comprimido encontramos distintos tipos de tanques:

• Tanques Tipo I: son de acero y son utilizados principalmente en aplicaciones industriales y de almacenamiento estacionario.
• Tanques Tipo II: tienen una carcasa de acero, pero incorporan una capa adicional de material compuesto (generalmente fibra de vidrio) para reducir el peso en comparación con los tanques Tipo I.
• Tanques Tipo III: tienen una carcasa de fibra de vidrio o material compuesto reforzado en lugar de acero.
• Tanques Tipo IV: son de material compuesto, como fibra de carbono, y cuentan con capas adicionales para proteger el hidrógeno almacenado.

El proceso comienza con la alimentación de hidrógeno a la celda anódica de la pila de combustible. En esta celda, el hidrógeno se divide en protones y electrones. Los protones pasan a través de un electrolito sólido y se mueven hacia la celda catódica, mientras que los electrones se desplazan por un circuito externo, generando electricidad. En la celda catódica, los protones y los electrones se combinan con oxígeno del aire y electrones externos para formar agua como único subproducto. Imagen: Iberdrola.

En lo referente a normativa técnica, en la norma ISO 22734:2019 ‘Hydrogen generators using water electrolysis - Industrial, commercial, and residential applications’, se definen los requisitos de construcción, funcionamiento y seguridad de los equipos generadores de hidrógeno previstos, respectivamente, para interiores o exteriores con usos industriales y comerciales, y para interiores o exteriores con uso residencial, que emplean reacciones electroquímicas para electrolizar el agua y producir gas de hidrógeno y oxígeno. Por otra parte, el Comité: CTN 181 - Tecnologías del hidrógeno ha elaborado las siguientes normas vigentes actualmente, que se recogen en la tabla 1.

Tabla1: Normativa vigente: Comité CTN 181 - Tecnologías del hidrógeno.

Tabla2: Normativa vigente: Comité CTN 222 - Tecnología de las pilas de combustible.

Por otra parte la Directiva 2014/34/UE del Parlamento Europeo y del Consejo, de 26 de febrero de 2014, sobre la armonización de las legislaciones de los Estados miembros en materia de aparatos y sistemas de protección para uso en atmósferas potencialmente explosivas, se transpone en el RD 144/2016, de 8 de abril, que en anexo 2, establece los requisitos esenciales de salud y seguridad relativos al diseño y fabricación de aparatos y sistemas de protección para uso en atmósferas potencialmente explosivas.

La normativa ATEX tiene como objetivo evitar el riesgo de incendio o explosión en aquellas actividades donde se produzcan estos entornos con atmósferas inflamables o explosivas.

Referencias:

• Argote, Ignacio (2024). Mercado del Hidrógeno. La Razón. Tu Economía. Dinero y Negocios. 3 de marzo de 2024 https://estaticos.larazon.es/suplementoslarazon/TuEconomia/2024-03-03_Tu-Economia/6/index.html.
• Delloite (2023). Hydrogen, Making it happen. https://www.deloitte.com/content/dam/assets-shared/legacy/docs/perspectives/2022/gx-deloitte-global-hydrogen-report.pdf
• Centro de Estudios de ManpowerGroup España para Cepsa (2024). Las moléculas verdes: la inminente revolución del mercado del empleo en Europa
• DCSP- Deloitte Center for Sustainable Progress (2023). Green hydrogen: Energizing the path to net zero. Deloitte’s 2023 global green hydrogen Outlook. https://www2.deloitte.com/content/dam/Deloitte/at/Documents/presse/at-deloitte-wasserstoffstudie-2023.pdf
• Rifkin, Jeremy (2002). The Hydrogen Economy: The Creation of the Worldwide Energy Web and the Redistribution of Power on Earth. Jeremy P. Tarcher/Putnam, New York.