Categoría: Hidrógeno

Hace tres años, científicos de la Universidad de Michigan descubrieron un dispositivo de fotosíntesis artificial hecho de silicio y nitruro de galio (Si/GaN) que aprovecha la luz solar para producir hidrógeno libre de carbono para celdas de combustible con el doble de eficiencia y estabilidad que algunas tecnologías anteriores.

Por: RAMÓN ROCA

10 de abril de 2021.   Ahora, los científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) del Departamento de Energía (DOE), en colaboración con la Universidad de Michigan y el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL), han descubierto una propiedad sorprendente y auto-mejorable en Si/GaN que contribuye al rendimiento altamente eficiente y estable del material para convertir la luz y el agua en hidrógeno libre de carbono. 

Sus hallazgos, publicados en la revista Nature Materials, podrían ayudar a acelerar radicalmente la comercialización de tecnologías de fotosíntesis artificial y celdas de combustible de hidrógeno.

“Nuestro descubrimiento es un verdadero cambio de juego», dijo la autora principal Francesca Toma, científica de la División de Ciencias Químicas del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab). Por lo general, los materiales en los sistemas de combustibles solares se degradan, se vuelven menos estables y, por lo tanto, producen hidrógeno de manera menos eficiente. Pero descubrimos una propiedad inusual en Si/GaN que de alguna manera le permite volverse más eficiente y estable. Nunca había visto tanta estabilidad.”

Los materiales de fotosíntesis artificial anteriores son excelentes absorbentes de luz que carecen de durabilidad; o son materiales duraderos que carecen de eficiencia de absorción de luz.

Pero el silicio y el nitruro de galio son materiales abundantes y baratos que se utilizan ampliamente como semiconductores en la electrónica cotidiana, como los LED (diodos emisores de luz) y las células solares, dijo el coautorZetian Mi, profesor de ingeniería eléctrica e informática en la Universidad de Michigan, quien inventó los dispositivos de fotosíntesis artificial de Si/GaN hace una década.

Cuando el dispositivo de Si/GaN logró una eficiencia récord de tres por ciento de solar a hidrógeno, Mi se preguntó cómo esos materiales ordinarios podrían funcionar tan extraordinariamente en un dispositivo de fotosíntesis artificial exótico, por lo que recurrió a Toma en busca de ayuda.

HydroGEN

Mi había aprendido de la experiencia de Toma en técnicas avanzadas de microscopía para probar las propiedades de nanoescala (mil millonésimas de metro) de materiales de fotosíntesis artificial a través de HydroGEN , un consorcio de laboratorios de cinco países apoyado por la Oficina de Tecnologías de Hidrógeno y Celdas de Combustible del DOE y dirigido por el Laboratorio Nacional de Energía Renovable para facilitar las colaboraciones entre los Laboratorios Nacionales, la academia y la industria para el desarrollo de materiales avanzados para la división del agua. 

“Estas interacciones de apoyo a la industria y la academia en materiales avanzados de separación de agua con las capacidades de los laboratorios nacionales son precisamente la razón por la que se formó HydroGEN, para que podamos mover la aguja hacia la tecnología de producción de hidrógeno limpio”, dijo Adam Weber, responsable del programa del laboratorio de tecnologías de pila de combustible y codirector adjunto de HydroGEN.

Toma y el autor principal Guosong Zeng, un becario postdoctoral en la División de Ciencias Químicas del Laboratorio de Berkeley, sospecharon que GaN podría estar desempeñando un papel en el potencial inusual del dispositivo para la eficiencia y estabilidad de la producción de hidrógeno.

Para averiguarlo, Zeng llevó a cabo un experimento de microscopía de fuerza atómica fotoconductora en el laboratorio de Toma para probar cómo los fotocátodos de GaN podían convertir eficientemente los fotones absorbidos en electrones, y luego reclutar esos electrones libres para dividir el agua en hidrógeno, antes de que el material comenzara a degradarse y volverse menos estable y eficiente.

Esperaban ver una fuerte disminución en la eficiencia y estabilidad de absorción de fotones del material después de unas pocas horas. Para su asombro, observaron una mejora de 2-3 órdenes de magnitud en la fotocorriente del material proveniente de pequeñas facetas a lo largo de la «pared lateral» del grano de GaN, dijo Zeng. Aún más desconcertante fue que el material había aumentado su eficiencia con el tiempo, a pesar de que la superficie general del material no cambió tanto, dijo Zeng. “En otras palabras, en lugar de empeorar, el material mejoró”, dijo.

Para recopilar más pistas, los investigadores reclutaron microscopía electrónica de transmisión de barrido (STEM) en el Centro Nacional de Microscopía Electrónica en Berkeley Lab, y también espectroscopía de fotones de rayos X dependiente del ángulo (XPS).

Esos experimentos revelaron que una capa de 1 nanómetro mezclada con galio, nitrógeno y oxígeno, u oxinitruro de galio, se había formado a lo largo de algunas de las paredes laterales. Se había producido una reacción química, añadiendo «sitios catalíticos activos para reacciones de producción de hidrógeno», dijo Toma.

Las simulaciones de la teoría funcional de la densidad (DFT) llevadas a cabo por los coautores Tadashi Ogitsu y Tuan Anh Pham en LLNL confirmaron sus observaciones. “Al calcular el cambio de distribución de especies químicas en partes específicas de la superficie del material, encontramos con éxito una estructura de superficie que se correlaciona con el desarrollo de oxinitruro de galio como un sitio de reacción de evolución de hidrógeno”, dijo Ogitsu. «Esperamos que nuestros hallazgos y enfoque, una colaboración teórica-experimentales estrechamente integrada habilitada por el consorcio HydroGEN, se utilicen para mejorar aún más las tecnologías de producción de hidrógeno renovable».

Mi agregó: “Hemos estado trabajando en este material durante más de 10 años; sabemos que es estable y eficiente. Pero esta colaboración ayudó a identificar los mecanismos fundamentales detrás de por qué se vuelve más robusto y eficiente en lugar de degradarse. Los hallazgos de este trabajo nos ayudarán a construir dispositivos de fotosíntesis artificial más eficientes a un costo menor ”.

De cara al futuro, Toma dijo que a ella y a su equipo les gustaría probar el fotocátodo de Si/GaN en una celda fotoelectroquímica de división de agua, y que Zeng experimentará con materiales similares para comprender mejor cómo los nitruros contribuyen a la estabilidad en dispositivos de fotosíntesis artificial, que es algo que nunca pensaron que sería posible.

“Fue totalmente sorprendente”, dijo Zeng. “No tenía sentido, pero los cálculos de DFT de Pham nos dieron la explicación que necesitábamos para validar nuestras observaciones. Nuestros hallazgos nos ayudarán a diseñar dispositivos de fotosíntesis artificial aún mejores.”

Tomado de: elperidicodelaenergia.com

La Estación H-Patagonia es un módulo compacto que ofrece compresión, almacenamiento y despacho de hidrógeno bajo monitoreo remoto 24/7.

30 de marzo de 2021.   Como síntesis de más de 30 años de experiencia en la compresión de gas natural, la Estación H-Patagonia es un módulo compacto que ofrece compresión, almacenamiento y despacho de hidrógeno bajo monitoreo remoto 24/7.

Con capacidad para dispensar hidrógeno comprimido a 35 y a 70 megapascales (MPa), la estación puede cargar varios vehículos de pila de combustible en simultáneo y en un tiempo de 3 minutos por medio de sus mangueras incorporadas o de surtidores independientes.

Así como su despacho, la capacidad de almacenamiento de hidrógeno que acompaña a la estación también puede incrementarse con el agregado de tanques. Esta ingeniería modular permite que el equipo provea una solución de combustible limpio en estaciones públicas y privadas, atendiendo a vehículos livianos o flotas de buses, camiones o embarcaciones.

“Hemos percibido que los costos de las celdas de combustible se han reducido a la mitad en los últimos años y que se aproximan a un 5% de los valores del 2005, mientras que su durabilidad y rendimiento se extienden con nuevos récords.

“Si bien aún queda mucho por desarrollar desde la industria automotriz para optimizar costos, una de las principales brechas entre los consumidores y los autos de pila de combustible es la ausencia de infraestructura para la carga de hidrógeno. En Galileo, siempre hemos buscado superar los dilemas del tipo del huevo o la gallina apostando por la tecnología. Solo eliminando barreras para los consumidores, conseguiremos desarrollar la masa crítica que pondrá a estos vehículos en la calle y que, a su vez, justificará el incremento de la producción de hidrógeno verde y azul”, dijo Osvaldo del Campo, CEO de Galileo Technologies.

“Tenemos un compromiso total con la descarbonización y el progreso de la transición energética. Este lanzamiento es complementario de nuestras RNG Solutions para la producción de gas natural renovable, el cual puede ser destinado a servir de vector energético sin intermitencias en la generación de la electricidad necesaria para la electrolisis de hidrógeno verde. Asimismo, estamos trabajando en el desarrollo de un proceso de reforma de metano (CH4) con captura, utilización y almacenamiento de carbono (CCUS) para la producción de H2 a partir de biomasa”, agregó del Campo.

La visión de Galileo Technologies se inscribe en el avenir de una Tercera Revolución Industrial dominada por la digitalización e impulsada por un mix de vectores energéticos de emisiones reducidas y emisiones cero. La misma está orientada por las recomendaciones del Panel Intergubernamental Sobre Cambio Climático (IPCC) que destacan la importancia de mantener el calentamiento global por debajo de los 2°C, un objetivo que implica alcanzar una descarbonización del 25% hacia 2030 y la eliminación neta de las emisiones hacia 2070.

Fuente: Galileo Technologies

Cada día se conocen nuevos proyectos de hidrógeno verde a lo largo y ancho del planeta. Durante la próxima década se necesitarán inversiones por 300.000 millones de dólares, según un informe de Natixis. Por tanto, el gran reto es cómo conseguir todo este dinero.

Por: RAMÓN ROCA

19 de marzo de 2021.   Según la entidad financiera, el hidrógeno verde se encuentra en fase de despegue y ya se percibe como una de las grandes soluciones para la descarbonización de las economías.

“Para 2030 se invertirán unos 300.000 millones de dólares en todo el sector, no solo para desplegar lo que sigue siendo una cadena de valor embrionaria, sino también para lograr economías de escala que reduzcan los costos en toda esta cadena, desde la producción de hidrógeno hasta sus usos finales en los sectores industrial, de movilidad y energético. Solo una parte de los 300 mil millones será financiada por el sector público, con 70 mil millones de dólares anunciados hasta la fecha, lo que subraya la magnitud del desafío que enfrenta el sector… y las finanzas privadas”, señala Natixis en el informe.

Lejos de ser un conjunto homogéneo, el sector del hidrógeno, en particular el hidrógeno verde, constituye una vasta cadena de valor en la encrucijada de tres sectores (industria, movilidad y energía), que aglutina tres grandes líneas de negocio (fabricación de equipos upstream y downstream, producción de hidrógeno e infraestructuras para usos finales de hidrógeno), cada una con sus propios desafíos y un perfil de riesgo específico.

Estas características presentan un doble desafío para que el sector financiero participe en el despegue del hidrógeno verde:

1. Desarrollar instrumentos con características adaptadas a los desafíos y niveles de riesgo de los activos/entidades financiados a lo largo de la cadena de valor, y

2. Replicar siempre que sea posible a lo largo de esta cadena los mecanismos de financiamiento más rentables ya desplegados masivamente en otros sectores de actividad, aprovechando tanto los modelos de negocio incipientes como los mecanismos de apoyo público.

En este sentido, Natixis cree que el ejemplo reciente proporcionado por el despliegue de energías renovables ofrece una buena ilustración del papel como disparador que juega la financiación privada (a través de préstamos basados ​​en activos) en la configuración de una industria que era tecnológicamente inmadura al principio, pero en recepción de ayudas públicas en diversas formas.

Si se quiere que el hidrógeno triunfe como lo han hecho otras tecnologías como la eólica o la fotovoltaica serán necesarias líneas de ayudas, ya sea con primas u otros mecanismos.

“En el caso del hidrógeno verde, son en gran parte las autoridades públicas las que proporcionarán las palancas para la creciente participación de las finanzas privadas en la mayoría de edad del sector: desarrollo a iniciativa de las autoridades locales de núcleos territoriales que concentren los usos finales del hidrógeno en la movilidad y la industria, iniciar las primas a los electrolizadores, mecanismos de apoyo directo e indirecto para estimular la demanda de hidrógeno verde en los sectores industrial y de movilidad, etcétera”, explica el informe.

Natixis señala que estos mecanismos, aún incipientes, podrían, en el tiempo y bajo ciertas condiciones, apoyar el despliegue dentro del sector del hidrógeno de financiamiento basado en la calidad crediticia de los mismos activos que se financian: instrumentos de deuda senior garantizados para la electrólisis verde y ecosistemas centrados en el hidrógeno, estimulado mediante iniciativas públicas, financiación mediante arrendamiento por uso de equipos propulsados ​​por hidrógeno proporcionados por los proveedores, en última instancia por los bancos comerciales.

Con el tiempo, la maduración de los mecanismos de financiación que acompañen la viabilidad comercial del sector del hidrógeno permitiría la participación de una amplia gama de actores del sector financiero: bancos comerciales, inversores institucionales como fondos de infraestructura y aseguradoras.

Tomado de: elperiodicodelaenergia.com

Un consorcio australiano-japonés comenzó a producir hidrógeno usando carbón como parte de un plan piloto en el sur de Australia, valorado en 389 millones de dólares, con miras a exportar hidrógeno licuado al resto del mundo.

15 de marzo de 2021.   El proyecto Cadena de Suministro de Energía de Hidrógeno (HESC, por su sigla en inglés), que se desarrolla en el Valle Latrobe, en el sureño estado de Victoria, busca crear la primera cadena de suministro mundial de hidrógeno licuado para su venta al exterior.

El plan “busca usar lignito (un carbón mineral) con tecnología de captura y almacenamiento de carbono para producir hidrógeno limpio, el cual puede usarse para proveer mucha de la energía que Japón, Australia y el resto del mundo necesitan”, dijo en un comunicado el ministro de Recursos y Agua, Keith Pitt.

El hidrógeno limpio del HESC también contribuirá a reducir las emisiones globales de CO2 en 1,8 millones de toneladas al año (lo que equivale a la emisión de unos 350.000 coches de gasolina), según el portal del proyecto.

El gobierno australiano calcula que un proyecto HESC a escala comercial podría producir hasta 225.000 toneladas de hidrógeno limpio al año con captura y almacenamiento de carbono, así como más de 8.555 millones se dólares de PIB para 2050.

Australia, el mayor exportador del mundo de carbón y considerado uno de los países más contaminantes si se consideran sus ventas al exterior de combustible fósiles, espera que este proyecto ayude a desarrollar mercados más ecológicos para su carbón y gas.

“El proyecto HESC demuestra el valor del enfoque australiano basado en la tecnología para reducir las emisiones y el papel destacado que el hidrógeno podría desempeñar en nuestro futuro”, destacó el ministro de Energía y Reducción de Emisiones, Angus Taylor, en un comunicado.

El proyecto financiado parcialmente por el gobierno federal australiano y el gobierno del estado de Victoria, es coordinado por el consorcio Engineering Australia (HEA), que agrupa a KHI, J-POWER, Iwatani, Marubeni, AGL y Sumitomo.

Tomado de: Elperidodicodelaenergía.com

El hidrógeno, que hasta ahora había pasado a un segundo plano en la narrativa de la transición energética, se ha visto cada vez más anunciado como el eslabón perdido para alcanzar la neutralidad de carbono. Aunque el mundo de la energía ha pasado por fases anteriores de entusiasmo por el hidrógeno, el ciclo actual está atrayendo un interés sin precedentes.

Por: ANDREA VALENTINI

26 de enero de 2021.   Junto con el hidrógeno, la búsqueda de portadores de hidrógeno adecuados puso de relieve al amoníaco, un producto que hasta hace poco estaba relegado a los remansos del mundo de los productos básicos, dado que se promociona como una opción competitiva como portador de hidrógeno. 

El amoníaco verde producido por fuentes renovables está recibiendo una exposición significativa como combustible alternativo potencial en los principales medios de comunicación y aparece explícitamente en los planes de energía a largo plazo de varios gobiernos, más recientemente en el plan de cero emisiones netas de Japón para 2050.

A pesar de la exageración, abundan las preguntas sobre la viabilidad de una economía del hidrógeno, especialmente en la escala prevista por las optimistas hojas de ruta del gobierno y por los proyectos más ambiciosos en este sector. Están surgiendo proyectos de miles de millones de dólares que reclaman la capacidad futura de cambiar los patrones energéticos actuales.

Pero actualmente se basan en tecnologías que aún no pueden respaldar la producción de hidrógeno verde a costos competitivos en comparación con las fuentes de energía de la competencia y, al mismo tiempo, planean abordar una demanda futura puramente hipotética. También debe tenerse en cuenta que las tecnologías alternativas en algunos de los usos finales potenciales del hidrógeno, en particular la tecnología de vehículos eléctricos, también se han vuelto cada vez más competitivas, lo que complica aún más el potencial de penetración del hidrógeno.

En la mayoría de los casos, el apoyo gubernamental tan necesario para poner en marcha este mercado solo existe en papel, y casi todos los marcos regulatorios necesarios para el posible mercado del hidrógeno tal vez falten años para su implementación. Estos incluyen subsidios, regulaciones y certificaciones y mercados transparentes de créditos de carbono, tanto obligatorios como voluntarios.

Se necesitarán regulaciones para evitar las fugas de carbono, lo cual es probable si el amoníaco “marrón” que emite carbono se usa como una solución provisional como combustible en sectores como el transporte marítimo y la generación de energía.

Se necesitarán certificaciones para evitar credenciales ecológicas dudosas y proporcionar una definición de hidrógeno y amoníaco verdaderamente ecológicos. Sin subsidios directos, un mercado de carbono eficiente será esencial para la viabilidad financiera de la mayoría de los proyectos de hidrógeno verde dados los costos de producción esperados de esta tecnología en comparación con las fuentes de energía existentes.

Es el caso de un mercado que no existirá sin inversión y una inversión que no se materializará sin mercado. Pero el mero tamaño de las inversiones planificadas y las promesas hechas por varias economías desarrolladas sugiere que las ruedas de la economía del hidrógeno están en movimiento.

Existe una creciente conciencia de que el hidrógeno podría convertirse en un instrumento importante en el camino hacia la descarbonización. En este contexto, una vez que todos los impulsores tecnológicos, financieros y regulatorios estén en su lugar, no es descabellado esperar que el hidrógeno se vuelva gradualmente más competitivo y gane una participación creciente en el mercado, con el amoníaco posiblemente jugando un papel en el suministro de hidrógeno.

Proyectos de amoníaco verde

Junto con el hidrógeno, el interés por el amoníaco verde como portador de hidrógeno también creció en 2020, especialmente para las inversiones orientadas a la exportación. En esta revisión del mercado de hidrógeno verde / amoníaco, presentamos nuestro rastreador de proyectos de amoníaco verde, que actualmente incluye alrededor de 20 proyectos a nivel mundial con una capacidad potencial de más de 15 millones de toneladas anuales. El Asian Renewable Energy Hub (AREH) en Australia solo representa casi 10 millones de toneladas anuales.

Los proyectos incluyen tanto plantas piloto con capacidad por debajo de 100.000 t / año como megaproyectos con capacidad superior a 1 millón de t / año. Aunque casi ninguno de estos proyectos ha alcanzado la etapa final de decisión de inversión todavía, la fecha de inicio prevista de los proyectos más grandes es 2025 y más allá, generalmente con un enfoque por fases.

Los proyectos que tienen como objetivo el amoníaco verde como un producto derivado del hidrógeno se han centrado hasta ahora en cuatro regiones: Australia, Oriente Medio, Chile y Europa. Esto se debe a la convergencia de la experiencia existente en energías renovables con un área de demanda sustancial de nitrógeno y/o hidrógeno, o al potencial de exportaciones de hidrógeno / amoníaco.

Arabia Saudita y Australia apuntan a los mercados de exportación de Europa y Japón, respectivamente. Europa enfrenta un mandato de carbono neto cero con objetivos agresivos para 2030 y 2050 que apunta a eliminar el metano como combustible para la calefacción y la generación de energía, así como su uso como materia prima. Chile combina el potencial de generación solar y un sumidero existente para el amoníaco utilizado para la producción de explosivos.

El más ambicioso de estos proyectos es Neom en Arabia Saudita en el que se están invirtiendo 5 mil millones de dólares en alrededor de 1,2 millones de toneladas anuales de producción de amoníaco verde, así como en el AREH de Australia. Ambos incluyen nueva inversión en generación solar y eólica a escala GW, la correspondiente capacidad de electrólisis, así como síntesis de amoniaco.

Este modelo de inversión definitivamente se puede llamar amoníaco «verde», ya que no enfrenta ningún problema de «adicionalidad»: el impacto causado por vincular un nuevo electrolizador con un requerimiento significativo de energía a la capacidad de generación renovable existente, lo que podría causar un aumento en el carbono neto.

A pesar del auge de los anuncios de proyectos en 2020, es demasiado pronto para predecir el alcance del papel del amoníaco en la posible futura cadena de suministro de hidrógeno. Es seguro asumir que no todos estos proyectos tendrán éxito. La carrera por el financiamiento se ganará mediante una combinación de marcos regulatorios favorables, una economía de proyectos competitiva y vías claras hacia la demanda posterior.

Fuente: Argus Consulting

Algunos visualizan al hidrógeno como un medio para almacenar energía de fuentes renovables intermitentes, y otros lo ven como una forma para que los productores de combustibles fósiles encuentren un mercado para las reservas de gas natural que, de otra manera, corren el riesgo de convertirse en activos varados.  

21 de enero de 2021.   Los gobiernos de Europa y Japón tienen grandes planes para subsidiar la tecnología del hidrógeno. Ahora Canadá, un importante productor de petróleo, ha lanzado la Estrategia de Hidrógeno para Canadá, un marco ambicioso que busca posicionar al país norteamericano como líder mundial en hidrógeno.

La estrategia está respaldada por una inversión federal de 1.5oo millones de dólares destinada a aumentar la producción y el uso de «combustibles con bajo contenido de carbono», incluido el hidrógeno. 

Según el anuncio oficial del gobierno, “el hidrógeno con bajas emisiones de carbono y cero emisiones tiene el potencial de reducir nuestras emisiones anuales de gases de efecto invernadero en hasta 45 millones de toneladas métricas al año en 2030 y podría crear hasta 350.000 nuevos puestos de trabajo en Canadá para 2050.»

La estrategia está diseñada para estimular la inversión y las asociaciones para establecer a Canadá como un proveedor mundial de hidrógeno y aumentar la producción nacional. Se espera que la Norma de Combustible Limpio del país , que incentiva el desarrollo y la adopción de “combustibles limpios”, complemente la Estrategia de Hidrógeno.

La Estrategia es el resultado de tres años de investigación y análisis, con aportes de 1.500 expertos y partes interesadas de la industria, el gobierno y el mundo académico.

«Canadá está bien posicionado para estar entre los líderes mundiales en producción de hidrógeno, lo que ayudará a crear miles de puestos de trabajo, hacer crecer nuestra economía, reducir la contaminación y poner a Canadá en el camino de superar nuestro objetivo del Acuerdo de París 2030″, dijo Jonathan Wilkinson, ministro de Medio Ambiente y Cambio Climático.

Fuente: Gobierno de Canadá