El gobierno del Reino Unido dice que el hidrógeno es clave para el suministro de energía en el futuro, e incluso planea subsidios nacionales para reforzar la producción para fines de 2022. Sin embargo, la industria embrionaria del hidrógeno aún no ha abordado los problemas de inversión, sostenibilidad y costos en torno a casos de uso de almacenamiento de datos.
Roberto Castaldini, el especialista en ofertas centrado en nuevos productos de Vertiv, dice que la creciente urgencia de la sostenibilidad está impulsando soluciones de energía de hidrógeno para el centro de datos e incentivando la inversión.
“Por lo general, los centros de datos y los sistemas de TI requieren energía constante de forma continua, las 24 horas del día, los 7 días de la semana”, dice Castaldini. “Entonces tenemos una gran demanda de baterías, por ejemplo, para apoyar [intermittent] energía procedente de renovables. Y está la huella de carbono y otros temas de sostenibilidad”.
Las tecnologías emergentes de celdas de combustible de hidrógeno ofrecen potencial para cargas de respaldo, así como energía primaria o fuera de la red que es confiable y sostenible, para aplicaciones combinadas de calor y energía, soporte de red y micro-red. Una empresa de Atos-HDF Energy ha dicho que su primer centro de datos alimentado por hidrógeno estará en línea en 2023.
Mientras tanto, Vertiv se unió a un consorcio de siete empresas, incluidas Equinix, InfraPrime, RISE, Snam y SolidPower, que trabajan con Clean Hydrogen Partnership de Europa para desarrollar una plataforma de celdas de combustible de próxima generación para centros de datos.
“Estamos desarrollando un SAI [uninterruptible power supply] y solución de batería para ir junto con la celda de combustible”, dice Castaldini. “En un caso, la membrana de intercambio de protones [PEM] Las celdas de combustible de Ballard se utilizan como energía de respaldo, en lugar de un generador diésel”.
Otro proyecto de prueba de concepto es el desarrollo de celdas de combustible como un sistema de energía principal del centro de datos, invirtiendo el enfoque habitual al usar la energía de la red como fuente de energía de respaldo. Por supuesto, las soluciones de combustible de hidrógeno ya se producen a escala industrial para el sector de la automoción.
“Queremos desarrollar funciones de UPS en particular en el lado del firmware para trabajar con esta tecnología, y planeamos el próximo año comenzar a producir sistemas UPS estándar que sean capaces de interactuar con el sensor de combustible”, dice Castaldini.
“Es difícil tener los números en este momento porque hay muy pocas aplicaciones con un ciclo de vida de hidrógeno muy preciso y ecológico”
Roberto Castaldini, Vertiv
Utilizado en una celda de combustible de hidrógeno puro, el producto de desecho es vapor de agua, lo que técnicamente sugiere cero emisiones. Pero en el mundo real, las emisiones también se producen en la fabricación de la tecnología y los procesos, incluidos el transporte y el almacenamiento.
“Tenemos hidrógeno marrón obtenido por combustibles fósiles. Tenemos hidrógeno azul – también obtenido a través de combustibles fósiles pero con un proceso de CO2 capturar”, dice. “Lo que yo llamo hidrógeno violeta o púrpura proviene de la energía nuclear. Luego está el que todo el mundo quiere, que es el hidrógeno verde, obtenido por electrólisis del agua y con electricidad obtenida de fuentes renovables como la solar fotovoltaica o la eólica”.
Pero incluso considerando todo el ciclo de vida tecnológico, la introducción de la energía del hidrógeno como parte de la combinación brindará la oportunidad de reducir las emisiones al reducir el uso de combustibles fósiles, sobre todo porque el hidrógeno generalmente se requiere en volúmenes comparativamente bajos por cantidad equivalente de energía.
“Es difícil tener los números en este momento porque hay muy pocas aplicaciones con un ciclo de vida de hidrógeno muy preciso y ecológico”, dice Castaldini. “Pero en comparación con la situación actual, definitivamente es una mejora”.
La Asociación Europea de Hidrógeno Limpio puso en juego 300,5 millones de euros (252,9 millones de libras esterlinas) en su primera convocatoria de propuestas, en febrero de 2022, para desarrollar tecnologías de hidrógeno limpio. Para poner eso en perspectiva, el fondo Industrial Hydrogen Accelerator del Reino Unido ha destinado £ 26 millones para pruebas de viabilidad o reducción de riesgos y costos para el combustible de hidrógeno, aunque el gobierno dijo en agosto de 2021 que “desbloquearía £ 4 mil millones en inversiones para 2030”.
Retrasos en la adopción de hidrógeno
Aunque el hidrógeno tiene pocos rivales tecnológicos cuando se trata de sistemas compactos de baja emisión para respaldo o energía primaria, es costoso en comparación con la red eléctrica actual, con generadores diésel como respaldo y baterías para descargas a corto plazo. El hidrógeno mismo también debe almacenarse, de manera costosa, bajo presión oa temperaturas muy bajas.
Los costos comienzan a bajar a medida que crece el mercado, pero la regulación es otra barrera. Aunque otros sectores industriales ya usan hidrógeno, como la producción de vidrio y alimentos, se necesita un nuevo marco de permisos, certificaciones y leyes para el combustible de hidrógeno, dice Castaldini.
Graham Smith, científico investigador sénior del instituto nacional de metrología del Reino Unido, el Laboratorio Nacional de Física, llama a las baterías de litio “un fracaso” para el almacenamiento diario, semanal o mensual en una escala de red nacional, y en el Reino Unido, la tecnología y la economía de otros tipos de baterías de flujo redox también siguen sin probarse. Dicho esto, el hidrógeno podría reutilizar la infraestructura de gas existente en el Reino Unido.
“El almacenamiento de hidrógeno se puede hacer de forma económica y a gran escala durante mucho tiempo, llenando cavernas subterráneas con gas comprimido”, dice Smith. “Almacenar hidrógeno de esta manera es uno de los pocos métodos disponibles para almacenar suficiente energía para gestionar adecuadamente las variaciones en el consumo de energía del Reino Unido de un mes a otro y de una estación a otra.
“Ya lo hacemos de forma segura con gas natural. Hay algunas cuestiones de ingeniería y economía, pero no requieren una nueva tecnología revolucionaria”.
Pero hay un inconveniente: la tecnología de hidrógeno para la generación de electricidad, a diferencia del transporte o la calefacción, aún no está lista para el horario de máxima audiencia, advierte Smith, y agrega que la eficiencia termodinámica del proceso de electrólisis utilizado en las celdas de combustible es baja: alrededor del 50%. .
“Esto se dice comúnmente, pero la gente no entiende que la transición a un nuevo paradigma donde el almacenamiento es difícil es costosa en relación con el costo de la energía”, dice. “Pero aún tenemos que hacerlo”.
Smith dice que se necesita una ampliación masiva y sedienta de energía de la capacidad del Reino Unido para producir electrolizadores para crear hidrógeno, lo que implica un despliegue más rápido de energía sostenible, renovable y limpia. Se necesitan entre cinco y diez veces la capacidad actual de suministro de electricidad del Reino Unido para reemplazar el gas natural. Además, algunas tecnologías de electrolizadores utilizan materiales bastante raros.
“Por ejemplo, la electrólisis del agua con membrana de intercambio de protones [PEMWE] las soluciones solo usan catalizadores a base de iridio, cuyo suministro es inelástico”, dice, y agrega que, al mismo tiempo, para alrededor del 80% de los casos de uso final de la energía del hidrógeno, existen alternativas, como baterías o bombas de calor.
Vidal Bharath, director de operaciones de la empresa británica de celdas de combustible de hidrógeno Bramble Energy, ve una mezcla de fuentes de combustible y energía en el futuro, con celdas de combustible cinco veces más caras que un motor diésel y “miles de libras” por kW.
“Necesitamos hacer un gran cambio en el costo de exactamente lo que hacemos”, dice. “Entonces necesitas fábricas bastante complejas y precisas para construirlo. Existen, pero no tienen la capacidad total para cuando se pasa a la próxima generación de tecnología, y se necesitan 12 meses para construir una nueva fábrica”.
Bramble ha desarrollado una celda de combustible de placa de circuito impreso (PCBFC) que cree que podría fabricarse en muchas fábricas de placas de circuito impreso. Ya lanzó una gama de productos de energía portátiles y está desarrollando un sistema de combustible refrigerado por líquido de alta densidad de potencia en una plataforma escalable y de bajo costo.
Cuando se trata de preocupaciones de seguridad, Bharath señala que la sociedad ya trata a diario con combustibles extremadamente inflamables, como la gasolina.
Pero cuando el hidrógeno se ventila, puede ocurrir rápidamente, lo que lo hace potencialmente más seguro que el gas natural en circunstancias similares, ya que no se acumula en un sistema antes de explotar. La infraestructura adecuada puede permitir que el hidrógeno se ventile a la atmósfera cuando sea necesario, dice.
“Cargas de hidrógeno” atraviesan las carreteras del Reino Unido todos los días, aunque el país está muy por detrás de Japón, California y Alemania en lo que respecta al hidrógeno, con alrededor de 70 millones de toneladas de hidrógeno que ya se utilizan en todo el mundo cada año, dice Bharath.
No puede tratarse simplemente de cosas como “agregar más baterías a su vehículo eléctrico” porque eso significa más peso para transportar, con sistemas de celdas de combustible posiblemente pesando un 75% menos para un requerimiento de energía equivalente, señala.
“Si nos comprometemos, puede suceder”, dice Bharath. “Necesitamos más información de las empresas sobre ‘estas son las áreas a las que creemos que podemos llegar o podemos descomponernos lo más rápido posible'”.
La energía del hidrógeno podría ser rentable
Rami Reshef es director ejecutivo de GenCell, con sede en Israel, que ha desarrollado tecnologías de celdas de combustible para UPS, respaldo y energía fuera de la red, incluso para servicios públicos. Él dice que las celdas de combustible estacionarias ya generan energía en Apple, Verizon y Coca-Cola, y los vehículos que funcionan con hidrógeno están apareciendo en todo el mundo, con estaciones de recarga ya generalizadas en algunos países.
“Si el mundo quisiera cumplir con los objetivos de sostenibilidad para 2040-2060, el hidrógeno será un actor clave”, dice Reshef. “Algunos analistas calculan que el hidrógeno comprenderá entre el 20 y el 25 % del mercado energético para 2050. La infraestructura debe ser nueva, más allá de lo que tenemos, y no queremos usar combustibles fósiles”.
“El hidrógeno puede ayudar a mantener nuestra vida tal como es, mientras cuidamos de la Madre Naturaleza”
Rami Reshef, GenCell
Las celdas de combustible de hidrógeno también pueden soportar infraestructura crítica potencialmente en condiciones extremas, incluidas olas de calor, tormentas e inundaciones causadas por el cambio climático. Mientras tanto, los mercados emergentes que no están conectados a la red tienen una “gran necesidad” de energía limpia para las necesidades básicas, y para alejarse de los generadores diésel, dice Reshef.
Entre las múltiples tecnologías emergentes de celdas de combustible, una de GenCell utiliza amoníaco líquido (NH3) en lugar de H2 como combustible para la reacción de oxidación, dice.
Por volumen, líquido NH3 tiene el doble de hidrógeno que el hidrógeno líquido y se puede almacenar en tanques grandes a temperatura ambiente. Unos 200Mt de NH3 ya se producen cada año y se transportan por todo el mundo a través de oleoductos, camiones cisterna y camiones; por ejemplo, se utiliza ampliamente para fabricar fertilizantes.
Aunque no tan “verde” y de cero emisiones como H2, la entrega y el uso a gran escala pueden ser más rentables, dice Reshef. Además, el agua se puede utilizar como materia prima.
“Piense en lugares del mundo que no tienen hidrógeno pero sí agua”, dice. “Esto es algo que definitivamente cambiará el mundo y mejorará la vida de muchas personas. El hidrógeno puede ayudar a mantener nuestra vida tal como es, mientras cuidamos de la Madre Naturaleza”.
