Usar hidrógeno como fuente de energía más limpia puede ser la única forma de revertir el cambio climático. ¿Dónde está Estados Unidos, que representa una séptima parte de la producción mundial de hidrógeno, en el proceso? ¿Qué opciones están disponibles actualmente para la producción de hidrógeno y qué estrategia se debe seguir? Los autores de la publicación en la revista Joule buscan respuestas a estas preguntas.
Se necesita un plan a gran escala para la transición a una economía limpia basada en el hidrógeno
Para mitigar el cambio climático, no es suficiente ecologizar nuestros sistemas de suministro de electricidad, también necesitamos combustibles limpios que ayuden a reducir las emisiones de dióxido de carbono de la industria, el transporte de carga y el almacenamiento de energía a largo plazo.
El hidrógeno y sus derivados se introducen para realizar esta función.
discutir julios Sin embargo, los autores del comentario publicado en el último número de la revista advierten que para que Estados Unidos haga la transición a una economía limpia basada en el hidrógeno, primero se debe desarrollar una estrategia integral y un amplio plan decenal. .
Los autores creen que un replanteamiento integral de la futura infraestructura de hidrógeno, incluidos los problemas relacionados con la producción, el transporte, el almacenamiento, el uso y la competitividad económica, es clave para el éxito y la sostenibilidad de los esfuerzos para introducir hidrógeno limpio a nivel social. Damos la bienvenida al anuncio de la secretaria de Energía de los Estados Unidos, Jennifer Granholm, del ambicioso programa Hydrogen Earthshot.
El objetivo general del programa independiente de la tecnología es mantener el precio de la producción de hidrógeno libre de gases de efecto invernadero por debajo de 1 dólar por kilogramo para finales de la década, escribe Aaron Majumdar, autor principal del comentario y profesor asociado de Precourt Energy. Instituto de Investigación de la Universidad de Stanford, California.
Deberían ponerse en marcha programas de investigación y desarrollo tecnológicos y económicos completos similares para almacenar, utilizar y transportar hidrógeno. La inyección de hidrógeno es necesaria pero no suficiente para crear una economía basada en el hidrógeno «.
Actualmente, la industria petroquímica utiliza la mayor parte del hidrógeno
Hoy en día, el mundo produce 70 millones de toneladas de gas hidrógeno al año y Estados Unidos representa aproximadamente una séptima parte de la producción mundial. Hoy en día, la mayor parte del hidrógeno se usa en fertilizantes y productos petroquímicos y podría considerarse casi completamente «gris» si fuera barato de producir (alrededor de $ 1 por kilogramo), pero emite aproximadamente 10 kilogramos de dióxido de carbono por cada kilogramo de gas hidrógeno producido. «
La economía del hidrógeno existe, pero emite muchos gases de efecto invernadero «.
– Emily K. Majumdar.
Hoy en día, el hidrógeno se produce casi exclusivamente a partir de metano. Es como la economía del hidrógeno puro, no hay economía en este momento. Y los investigadores ya han identificado innumerables visiones coloridas de una posible economía basada en el hidrógeno.
En la producción de «hidrógeno azul», por ejemplo, se captura el dióxido de carbono producido,
Esto reducirá las emisiones de gases de efecto invernadero asociadas con la producción de hidrógeno. Sin embargo, actualmente es aproximadamente un 50 por ciento más caro que el hidrógeno gris, sin mencionar el costo de construir tuberías y sistemas de captura para eliminar y almacenar el dióxido de carbono no deseado.
«Para que el hidrógeno azul sea una alternativa realista, se necesita investigación y desarrollo para reducir los costos y aumentar la eficiencia de captura de carbono», afirman Majumdar y sus coautores. Otra forma de hidrógeno puro llamada «verde» también ha atraído a los científicos. El hidrógeno verde se descompone por el agua, la electricidad y los equipos de electrólisis,
Producido sin emitir gases de efecto invernadero.
Sin embargo, cuesta entre 4 y 6 dólares por kilogramo, lo que Majumdar y sus colegas dicen que podría reducirse a menos de 2 dólares si se redujera el costo de los equipos de electrólisis y electricidad sin carbono.
También se pueden utilizar derivados de gas de valor
El hidrógeno «turquesa» se obtiene por pirólisis de metano, que descompone el metano en componentes sin liberar gases de efecto invernadero. También existe un gran interés en este proceso desde el punto de vista del investigador. Indica que actualmente no hay demanda de un componente sólido y limpio. En una escala que el mercado pueda absorber, expandir el uso potencial del carbón primario será una de las tareas de investigación y desarrollo asociadas con el proceso de transformación.
Ya sea que llamemos azul de hidrógeno, verde o turquesa, libre de emisiones, que por supuesto es incoloro en todos los casos.
Tanto el gas valioso como sus derivados se pueden utilizar en el transporte, en la reducción química del dióxido de carbono atrapado,
En el almacenamiento a largo plazo de energía renovable, como suavizante en acero y otros metales, y como fuente de calor a alta temperatura en la producción de vidrio y cemento.
Pero para que estas aplicaciones se conviertan en realidad, el costo de producción de hidrógeno debe permanecer por debajo de $ 1 por kilogramo mágico, porque esa es la única forma de hacer que su uso sea económico en la producción de amoníaco, petroquímicos y como combustible para vehículos. .
Tampoco hay necesidad de una nueva infraestructura de oleoductos.
Los investigadores también señalan que Estados Unidos debe pensar en cómo construir una red de tuberías completamente nueva para transportar y entregar hidrógeno, y cómo almacenar hidrógeno a una escala tan grande de manera rentable.
Los autores advierten que «construir y ubicar una nueva infraestructura de oleoductos suele ser una inversión costosa que también debe lucharse por la aceptación social». Por lo tanto, es importante considerar enfoques alternativos que no requieran una nueva infraestructura de tuberías para convertir la economía en hidrógeno.
Por ejemplo, podemos utilizar la infraestructura existente para crear las condiciones para la producción de hidrógeno: la red eléctrica para suministrar electricidad para la descomposición y la red de gasoductos para suministrar metano para la pirólisis ”.
El USGS debería encargar investigaciones a nivel nacional,
El objetivo es explorar varios acuíferos naturales capaces de almacenar hidrógeno y estimar los costos de infraestructura asociados con la explotación de estas minas ”.
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