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El hidrógeno es una palanca clave de la Unión Europea para alcanzar los objetivos en materia energética, medioambiental y de descarbonización de la economía que contribuya al desarrollo de una movilidad y una industria sostenible y competitiva. Desde Dinotec, explican en este artículo cómo el hidrígeno verde puede ser una oportunidad para el sector del agua.
El actual modo de producción y de consumo de energía está provocando impactos socioeconómicos negativos. Por tal razón, la Unión Europea ha desarrollado varias normativas como el Reglamento (UE) 2021/1119 del Parlamento Europeo y del Consejo, de 30 de junio de 2021, por el que se establece el marco para lograr la neutralidad climática o el CE n.º 401/2009 y UE 2018/1999 (Ley Europea del Clima), de 11 de diciembre de 2018, sobre la gobernanza de la unión de la energía y de la acción por el clima, que articula dos herramientas esenciales, como son los planes nacionales integrados de energía y clima (PINEC) y la estrategia de Descarbonización a 2050.
España ha avanzado en la lucha contra el cambio climático en legislación, la ley del cambio climático y transición energética, completa este paquete normativo y establece el fomento de los gases renovables. Sin embargo, el potencial del hidrógeno y, en especial, el hidrógeno verde, exige un desarrollo legislativo con mayor detalle y concreción. A esto se le une la ruta del hidrogeno, que es clave para alcanzar la neutralidad climática y un sistema eléctrico 100% renovable a 2050.
La configuración de la cadena de valor industrial del hidrógeno constituye una gran oportunidad. El potencial desarrollo de la demanda de hidrógeno se verá influenciado por una mayor penetración del hidrógeno en actividades industriales y de nuevos usos en sectores como el transporte o la edificación. El hidrógeno presenta emocionantes oportunidades únicas y desafíos complejos para el sector del agua en su progreso hacia el abordaje del desafío climático y el desarrollo de planes de cero emisiones netas a nivel de sector y empresa.
El agua en la economía del hidrógeno tiene un papel fundamental no solo para ayudar a enmarcar esta transición entorno a la utilización del agua, sino también para facilitar los mecanismos para una industria del hidrógeno responsable, es decir, sostenible, circular, socialmente responsable y que no genera un aumento del estrés hídrico. La industria produce corrientes de aguas residuales que podrían convertirse en una fuente sostenible para la producción de hidrógeno verde. Para su uso es necesario una planta de tratamiento de aguas (PTA), ya que para su obtención se requiere un agua ultrapura.
El hidrógeno, el elemento más abundante del universo, es clave para potenciar la transición hacia un modelo energético impulsado por fuentes de energía renovables. Ofrece una gran ventaja, permite almacenar energía limpia, con gran densidad energética, para usarla de forma controlada. Y puede ser fundamental para descarbonizar el sector energético, parte del sector industrial y el transporte, tres de los mayores emisores de gases de efecto invernadero.
El hidrógeno no es una fuente de energía primaria, sino un vector energético. Para ser obtenido requiere una aportación de energía y además cuenta con la particularidad de ser capaz de almacenar energía para, posteriormente, ser liberada de forma gradual cuando sea requerida. A pesar de ser un elemento muy abundante en la naturaleza, su baja densidad hace que no se encuentre libre y, por tanto, esté asociado a otros elementos formando distintos compuestos, como los distintos tipos de hidrocarburos y agua.
Atendiendo a la materia prima necesaria y a las emisiones de CO2 generadas para su obtención, el hidrógeno es generalmente clasificado en los siguientes tipos:
Además de los anteriores, existen otros tipos con un impacto medioambiental muy diversos:
El hidrógeno verde es obtenido mediante el uso de energías renovables en su producción, lo que lo convierte en un combustible limpio, sostenible y con un índice de contaminación cero que puede ser clave no solo como un vector de energía sino como materia prima. La Conferencia de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático (COP27), en la que los países se han reunido para tomar medidas con el fin de alcanzar los objetivos climáticos, se mantuvo que el hidrógeno verde se convertirá en el principal vector energético que permitirá un mundo de cero emisiones. Además, resaltan que el sistema energético renovable está dominado por la energía eólica y solar, el uso de estas fuentes para alimentar sectores enteros de la economía plantea desafíos insuperables, si no se contempla con hidrogeno.
El hidrógeno desempeñará un papel fundamental en la integración de grandes cantidades de energía renovable en los sectores del transporte, los procesos industriales, así como sectores de calefacción y refrigeración, que hoy en día son difíciles de descarbonizar, siendo una fuente limpia de energía, clave para nuestras necesidades energéticas futuras.
El hidrógeno presenta emocionantes oportunidades para Dinotec y desafíos complejos para el sector del agua en su progreso hacia el abordaje de la emergencia climática y el desarrollo de planes de cero emisiones netas a nivel de sector y empresas, ofreciendo oportunidades en la generación de ingresos, ayudar a alcanzar los objetivos de descarbonización.
Considerando la clasificación anterior, se pueden distinguir varias tecnologías de obtención de hidrógeno en función de la materia prima utilizada:
De los métodos de obtención de hidrogeno, cabe destacar que el menos contaminante es a través de la utilización del agua, debido a que en este proceso productivo no se emite CO2, en los procesos de electrolisis del agua se llevan a cabo a través de fuentes de energía renovables. El hidrógeno obtenido cuenta con la particularidad de ser capaz de almacenar energía para, posteriormente, ser liberada de forma gradual cuando sea requerida.
Se estima que para 2050 la producción mundial de hidrógeno alcance los 530 Mt/año, que equivale a 4770 GL de agua consumida, si se asume que por cada kg de hidrógeno producido el consumo mínimo teórico de agua es de 9kg. Aunque si se considera todo el proceso de desmineralización para purificar el agua antes de la hidrólisis y, los requisitos de agua de refrigeración de los electrolizadores, las necesidades de agua incrementan considerablemente, alrededor de los 60 a 95 Kg de agua por kg de hidrógeno producido.
Sin embargo, considerando que la mayor parte de esta agua adicional se devuelve al medio ambiente, la cantidad de agua efectivamente consumida es de 15 kg por kg de hidrógeno, lo que corresponde a 7950 GL de agua. Al considerar un análisis completo promedio, la huella de agua asolar a hidrógeno es de 43 L de agua por kg de hidrogeno.
Por lo que la economía del hidrógeno completamente madura necesitaría alrededor de 2,3 Gt de hidrógeno por año, lo que necesitaría aproximadamente 34500 GL /año de agua a nivel mundial, de ahí la importancia y oportunidad del sector del agua ante este desafío.
Los electrolizadores requieren un agua ultrapura, para adecuar las características del agua bruta al proceso productivo, se hace necesario la fabricación de una Planta de Tratamiento de Aguas (PTA). La calidad del agua, procedencia y el volumen de agua que hay que aportar al proceso de electrólisis marca los tratamientos aplicados.
En general los tratamientos previos para la obtención del agua con una calidad óptima para la producción de hidrógeno verde es un pretratamiento, seguido de una ósmosis inversa (RO) y, por último, una electrodesionización (EDI), además sí se opta por vertido cero, se debe realizar un último tratamiento mediante un evaporador y cristalizador.
El pretratamiento está diseñado en función de las características y procedencia del agua bruta que aseguraren la calidad del agua de alimentación a la planta de ósmosis inversa y posteriormente a la EDI. El pretratamiento se basa en las siguientes especificaciones:
Para las aguas que presenten una concentración de materia orgánica, es recomendable un tratamiento previo de desinfección para la eliminación de los patógenos. La dosificación de hipoclorito sódico es esencial para obtener una calidad apropiada del agua ya que actúa como oxidante de algunos elementos o compuestos que pueden estar presentes en el agua bruta, tales como: hierro, manganeso, amonio, nitritos, materia orgánica oxidable, microorganismos y color. La oxidación de estos compuestos previene el desarrollo y crecimiento de microorganismos. Posteriormente el agua se pasará a través de un filtro con lecho de carbón activado para la eliminación, entre otros, del cloro libre residual que pueden dañar, de manera irreversible, las membranas de ósmosis inversas.
Además, si son ricas en sales de calcio y magnesio, se debe emplear un descalcificador para eliminar esa dureza y la dosificación de antiincrustante para evitar la precipitación de sales en la ósmosis inversa.
Finalmente, con objeto de eliminar las partículas pequeñas en suspensión y proteger de este modo, tanto el bombeo de alta presión como las membranas del equipo de ósmosis inversa requieren sistemas de filtración.
Es una tecnología que permite purificar el agua utilizando una membrana semipermeable para remover minerales e iones del agua sin carga electroestática de bajo peso molecular, con el objetivo de eliminar las partículas más grandes. Dinotec cuenta con un equipo de técnicos especializados en el diseño y montaje de estos equipos.
La ósmosis inversa funciona aplicando presión al agua para empujarla a través de una membrana de ósmosis semipermeable para filtrarla. Esta membrana permite que ciertas moléculas o iones pasen a través de ella por difusión. La presión que se aplica al proceso de osmosis inversa es superior a la presión osmótica, consiguiendo un efecto contrario. Cuanto mayor sea la presión que se aplica al proceso, el flujo del permeado aumenta de forma proporcional.
Las aguas con un alto contenido en sales presentan una recuperación entre un 40-45% y se llevan a cabo en un único paso con uno o varios tubos en paralelo con varias membranas de 8” de diámetros, de arrollamiento en espiral y fabricadas en poliamida. Las ósmosis inversas para agua con una calidad de salida ETAP tienen una recuperación entre un 60-70% y se llevan a cabo en un único paso con uno o varios tubos en paralelo con varias membranas de 4 u 8” de diámetros, de arrollamiento en espiral y fabricadas en poliamida. Cabe destacar que estas membranas no toleran el cloro libre, la turbidez máxima puede ser de hasta 1 NTU y el SDI entre 1 y 3 como máximo. En función de la conductividad del agua bruta es necesario establecer o no un segundo paso de ósmosis inversa.
Estos equipos constan de uno o varios compartimentos que, gracias a la influencia de corriente eléctrica, influyen en los iones del agua a tratar desplazándolos hacia la corriente de rechazo y, por lo tanto, obteniendo agua ultrapura en la corriente de salida. Esta tecnología se elimina de manera efectiva los iones del agua, a la vez que las resinas de intercambio iónico son continuamente regeneradas por una corriente eléctrica. Esta tecnología obvia el uso de productos químicos en la regeneración y produce una calidad constante de agua sin fluctuaciones de flujo, de forma que no se producen efluentes peligrosos.
Para cumplir con los estrictos requisitos de vertido cero líquidos se debe recurrir a tecnologías avanzadas que eliminan los flujos de aguas residuales y dejan agua limpia y cristales de sal sólida. El uso de estas tecnologías es necesario para eliminar el agua u otro disolvente en un proceso, cuando hay que incrementar la concentración o reducir el volumen, cuando hay que producir cristales puros de gran valor, o precipitar y vaciar las impurezas y subproductos. Convierten el agua desechada en agua limpia que luego puede ser reutilizada o almacenada para su uso en otras operaciones. Dinotec emplea esta tecnología para vertidos cero y minimización de residuos.
La producción de hidrógeno se posiciona en el mercado como una fuente de energía alternativa presentando emocionantes oportunidades únicas y desafíos complejos para el sector del agua en su progreso hacia el desafío climático de cero emisiones.
El papel de la industria del agua en la economía del hidrógeno tiene un papel fundamental para ayudar a enmarcar esta transición entorno a la utilización del agua, que facilita los mecanismos a la industria del hidrógeno que requiere 34500 GL/año de agua a nivel mundial.
Igualmente, la industria del agua produce corrientes de aguas residuales que pueden convertirse en una fuente sostenible y circular para la producción de hidrógeno verde, incentivando los mecanismos de acción para mejorar el estrés hídrico. Para ello es necesario una Planta de Tratamiento de Aguas (PTA), y con el fin de obtener vertido cero, una reutilización.
Debido a la necesidades y oportunidades que brinda este nuevo mercado, Dinotec pone a disposición de las empresas su experiencia en este tipo de tecnologías y sistemas, y los servicios industriales más avanzados para la gestión integral del agua.
