Producción de hidrógeno renovable. Alternativas a la ruta electrolítica

Resumen

La preocupación climática y la necesidad de la transición energética hacia un mayor uso de energía renovables ha derivado en la búsqueda de nuevos combustibles renovables. A su vez, la exigencia de descarbonización de la industria ha despertado un nuevo uso del hidrógeno, como vector energético y una oportunidad de alejarse de la dependencia de combustibles fósiles.

En este Trabajo de Fin de Grado se ha realizado un estudio sobre los diferentes procesos de producción de hidrógeno renovable y sus emisiones de GEI, centrándose en aquellos que posibilitan contar con emisiones de CO₂ negativas. Los procesos principales estudiados son la gasificación de la biomasa y el reformado de biogás a partir de diferentes materias primas: aguas residuales, residuos animales, residuos sólidos urbanos y gas de vertedero. Para una reducción de emisiones, todos estos procesos cuentan con un sistema de captura de CO₂. Asimismo, se ha estudiado el proceso de electrolisis con el uso de energías renovables.

Para el desarrollo del estudio se ha utilizado la calculadora GREET creada por el Departamento de Energía de Estados Unidos. Las emisiones son dividas según su alcance y se despliegan los valores de los diferentes contaminantes producidos en el proceso. Cada alcance ha sido estudiado y se han presentado las fórmulas principales para los cálculos de las emisiones.

Los resultados muestran las emisiones negativas obtenidas en cada uno de los procesos de producción de hidrógeno renovable. Se ha realizado un análisis de los diferentes factores responsables de la obtención de cada uno de estos valores. Este análisis implica las emisiones contrafactuales de las materias primas y los subproductos, las consideraciones del CO₂ biogénico, la autosuficiencia energética que presentan ciertos procesos y las condiciones utilizadas por el GREET que han favorecido un proceso más eficaz y menos contaminante.

Los resultados de los procesos de reformado de biogás difieren según la materia prima utilizada, siendo las emisiones a partir de aguas residuales de -41,90 kg de CO₂/ kg de H₂, a partir de residuos sólidos municipales de -41,70 kg de CO₂/ kg de H₂, a partir de residuos animales de -40,2 kg de CO₂/ kg de H₂ y con el gas de vertedero de -22,50 kg de CO₂/ kg de H₂. Las emisiones en la gasificación de la biomasa son -20,66 kg de CO₂/ kg de H₂ y de la electrolisis nulas. Cada dato es contrastado con diferentes informes donde se determina como los procesos de reformado contienen unas elevadas emisiones contrafactuales asociadas a la gestión de los residuos y el uso de digestato como fertilizante.

Asimismo, el valor de las emisiones de electrolisis depende del uso de energías renovables, con un aumento mínimo de 7,52 kg de CO₂/ kg de H₂ utilizando planes energéticos con una mayor dependencia en combustibles fósiles.

En la comparación entre el hidrógeno verde, hidrógeno azul e hidrógeno gris se obtienen diferencias superiores a 40 kg de CO₂/ kg de H₂ y 51 kg de CO₂/ kg de H₂ respectivamente. El hidrógeno gris no se presenta como una opción viable para la producción de hidrógeno de bajas emisiones mientras que el hidrógeno azul se expone como una oportunidad para la apertura del hidrógeno verde con unas emisiones mínimas de 2,23 kg de CO₂/ kg de H₂ con una captura del 99% de carbono.