Hidrógeno Verde

Desde la década del 70, investigadores de la Universidad de la República estudian la producción de hidrógeno, su almacenamiento y las denominadas celdas de combustible, generando saberes nacionales imprescindibles para la segunda transformación energética que se avecina.

Uruguay produce el 97% de su energía con fuentes renovables pero necesita una segunda transformación energética para cumplir las ambiciosas metas de descarbonización establecidas a nivel global para 2050. Para lograrlas, el Gobierno apuesta al Hidrógeno Verde.

“Luego de un proceso de análisis e intercambio con actores relevantes a nivel nacional e internacional, se concluye que Uruguay tiene muy buenas condiciones para el desarrollo del Hidrógeno Verde y derivados”, establece la denominada Hoja de Ruta al 2040 de Hidrógeno Verde en Uruguay elaborada por el Gobierno en 2022.

El documento agrega que Uruguay podría desarrollar una economía del hidrógeno tanto para el mercado local como internacional. En este marco, el Gobierno se comprometió a “impulsar la regulación correspondiente, la racionalización de los permisos, un conjunto de incentivos atractivos y el análisis de la infraestructura necesaria para su desarrollo y su eventual promoción a futuro”.

¿Qué es el Hidrógeno Verde?

Una forma posible de producir hidrógeno es por electrólisis, un proceso que separa el agua en los dos gases que la componen: hidrógeno y oxígeno. Este proceso requiere energía. Se dice que el hidrógeno es verde cuando la energía que se utiliza proviene de fuentes renovables que no desprenden anhídrido carbónico.

“Estas fuentes renovables (viento, sol, agua) tienen fluctuaciones, son intermitentes y la generación no siempre coincide con la demanda. Entonces uno de los desafíos consiste en almacenar el excedente de energía cuando puedo producirla para después usarla cuando la necesite. Porque la energía que se usa tiene que ser estable”, explicó la investigadora de Facultad de Ingeniería, Verónica Díaz.

Una solución a este desafío es el hidrógeno, ya que – una vez producido-, puede ser almacenado y transformado en energía cuando se necesite. Sin embargo, el proceso es complicado y requiere solucionar numerosos aspectos.

Verónica Díaz estudia estos temas junto a otros investigadores de las Facultades de Ingeniería y Ciencias, los que conforman el Grupo Interdisciplinario de Ingeniería Electroquímica (GIIE) de la Universidad de la República (Udelar), a los que se suman investigadores de Facultad de Química para los temas relacionados a la caracterización de materiales.

Este Grupo investiga la producción de hidrógeno, su almacenamiento y las denominadas celdas de combustible, dispositivos similares a las baterías que son capaces de producir electricidad a partir de hidrógeno y oxígeno.

Saberes nacionales

Investigadores de la Udelar estudian la producción de hidrógeno y su almacenamiento desde la década del 70, informó el Profesor Titular de Facultad de Ciencias y experto en la materia, Fernando Zinola.

En 1971 en la Facultad de Química, la profesora Emilia Janes de Spangenberg junto al por aquel entonces estudiante Julio Battistoni, buscaron construir una celda de combustible en base a un proyecto de la NASA de los años 60, señaló Zinola.

Las investigaciones continuaron en la Universidad de la República tras el retorno de la democracia, así como también la formación de los investigadores tanto en el exterior como en nuestro país. Las primeras investigaciones se hicieron en catalizadores de gran desempeño para celdas de metanol obteniendo algunas patentes además de trabajos publicados. No obstante todos estos trabajos dieron lugar a convenios con centros del exterior formándose varios investigadores con tesis doctorales en estos temas. Esos trabajos fueron dando frutos, no solo en publicaciones científicas, sino también -por ejemplo-, en la creación de celdas de combustible de potencia mediana (entre 150 y 500 Watts) en el año 2000. Primero Zinola trabajó en celdas de combustible directas de metanol como una alternativa de fácil almacenamiento y manejo ya que los valores de potencial normal son similares a los del hidrógeno.

A nivel nacional, los investigadores recuerdan que en 2007, a propuesta del Ministerio de Industria (MIEM) y de la Oficina de Planeamiento y Presupuesto (OPP) con apoyo económico del BID, se estudió la viabilidad técnica, institucional y económica en Uruguay de incorporar celdas de combustible de hidrógeno y metanol en vehículos grandes y ómnibus para armar un cinturón eléctrico desde Portones a Tres Cruces.

Paralelamente Zinola fue invitado a un proyecto del Grupo GEF Naciones Unidas para desarrollar los catalizadores de unidades de transporte con-urbano en la ciudad de San Pablo (Cinturón de 6 ciudades satélite). Las empresas participantes del Proyecto establecieron dispositivos productores de hidrogeno in-situ mediante agua desalinizada y celdas de combustible del mismo gas de 250 KW cada una.

Un gas complicado

Los investigadores de la Universidad resaltan que uno de los aspectos clave a la hora de producir hidrógeno es cómo almacenarlo, ya que es volátil e inflamable. “Realmente es muy complicado de almacenar”, afirma Zinola.

Para resolver este desafío en forma eficiente investigan distintos materiales de forma de lograr un almacenamiento sólido del hidrógeno (hidruros metálicos). Entre estas investigaciones se destacan las realizadas por Érika Teliz, junto con la instalación de un laboratorio container en Facultad de Ciencias para el estudio de hidrógeno almacenado electroquímicamente. Esta investigadora fue ganadora del premio L`Oreal 2021, que aborda el desarrollo y caracterización de nuevos materiales para electrodos de celdas de Li-ion, así como el testeo de baterías comerciales apuntando al estudio de los factores que afectan su autonomía y su estado de salud.

Las investigaciones de Teliz aportan una metodología de trabajo para caracterizar estos dispositivos desde el punto de vista electroquímico, generando un procedimiento inexistente hasta el momento en nuestro país.

El ciclo de hidrógeno

Como decíamos, la producción electrolítica de Hidrógeno Verde precisa una fuente de energía que sea renovable: a partir de la energía eléctrica se descompone el agua y se produce oxígeno e hidrógeno. En este proceso, el factor clave es el electrolizador, dispositivo responsable de transformar la energía eléctrica en energía química.

Hay distintas tecnologías para el funcionamiento del electrolizador. Las más conocidas son las alcalinas y las PEM que utilizan una membrana de intercambio de protones, un electrolito polimérico sólido. El Grupo de investigación de la Udelar se especializa en la tecnología PEM, concretamente en la síntesis de esos electrocatalizadores que van sobre la membrana y son los que producen la electrocatálisis, reacción responsable de separar el agua en oxígeno e hidrógeno.

Recordemos que las fuentes de energías renovables son intermitentes, entonces el objetivo es producir hidrógeno cuando están disponibles y acumularlo para utilizarlo cuando se necesite energía.

Para utilizarlo hay varias posibilidades: “nuestra propuesta aborda las tecnologías Power to X, lo que permitirá incorporar Hidrógeno Verde a la red existente de gas natural de Uruguay (Power to gas) o utilizarlo para generar energía en celdas de combustible (Power to Power)”, explicó Díaz.

La investigadora también señaló que otra posibilidad es elaborar el denominado Amoníaco Verde. “El amoníaco es un líquido que se utiliza en fertilizantes pero también es otra forma de almacenar y transportar hidrógeno de una forma eficiente y segura.”

Investigaciones aplicadas

Érika Teliz resaltó el compromiso del GIIE en transmitir este expertis al sector productivo. En este sentido informó sobre un convenio que el Grupo mantiene con la empresa Cataloa SA, representante de la marca Wheele en Uruguay. Este acuerdo se basa en la necesidad de la empresa de seleccionar y categorizar proveedores, generando una base de datos que registre el estado de las baterías de los automóviles eléctricos que comercializa.

Entre otras cosas, este acuerdo estudiará cómo optimizar la autonomía de vehículos eléctricos a través de la mejora en el proceso de carga de sus baterías, así como también evaluará posibles usos secundarios de las baterías que llegaron a la vida útil aceptable para su uso en vehículos eléctricos pero que pueden seguir siendo utilizadas para otros fines.

“No solo estamos investigando en hidrógeno y en el uso y reuso de baterías de autos eléctricos, también buscamos resolver necesidades del sector productivo a través de asesoramientos. Nos faltan recursos pero el capital humano está”, concluyó Teliz.

Aquí podés acceder a todas las líneas de investigación del GIIE.