Cuando se habla de hidrógeno mucha gente piensa automáticamente en vehículos propulsados por pilas de combustible, pero el hidrógeno plantea muchos más usos y ventajas. Por ejemplo, la posibilidad de lograr una independencia energética respecto a terceros países. Que vista como está la situación en muchos de los territorios exportadores de petróleo, no estaría nada mal.
Figura 1: cobertura de la demanda anual de energía eléctrica peninsular en el año 2014
Ha habido un importante crecimiento en los últimos años de toda la potencia instalada procedente de energías renovables. En España por ejemplo en 2014 la energía eólica cubrió algo más del 20% de la demanda mientras que la hidráulica supuso algo más del 15% y el resto de renovables un 7% (Figura 1). Eso quiere decir que en torno al 42% de la energía producida en España procedía de una fuente renovable. Pero las energías renovables tienen un pequeño problema y es que hasta el momento no hemos logrado imponer nuestra voluntad sobre viento, nubes o mareas. Esto es, el viento sopla cuando le viene en gana al muy bribón y las nubes pueden hacer acto de presencia en el momento más inoportuno llegando incluso a aguarnos la fiesta. Así, se podría llegar al caso en el cual si la potencia renovable instalada crece considerablemente puede haber momentos en los que la demanda energética no case con la producción ya que está no es controlable en el caso de renovables. Por ejemplo, podría ocurrir que se requiera un pico de energía y que no haga una brizna de aire y que además esté nublado, predecir lo que ocurriría en este caso si solo dependemos de energías renovables es muy simple, adiós electricidad. Podría darse la situación inversa en la que la demanda sea muy baja, como ocurre por las noches, pero que en ese instante el viento azote con fuerza los parques eólicos, ¿qué hacer en ese caso? ¿Paramos los parques eólicos y dejamos de producir esa energía? De esta forma surge el concepto de energía excedente o Surplus. Surplus es esa energía excedente que tiene lugar cuando se produce más energía de la que se demanda. Por ejemplo cuando la generación de renovables es mayor que la demanda. Lo que se podría hacer en lugar de parar las renovables es almacenar esta energía sobrante y emplearla en futuros picos de demanda cuando quizás las renovables no logren generar toda la energía requerida.
¿Cómo se puede almacenar esa energía? En la actualidad existen tres aproximaciones diferentes al problema, a saber, bombeo reversible, almacenamiento de aire comprimido o el recién surgido almacenamiento de hidrógeno. Analicemos una a una las tres opciones:
Bombeo reversible
El bombeo reversible consiste simple y llanamente en almacenar energía eléctrica en forma de energía potencial. Cuando hay un excedente de producción de energía, se bombea agua desde un embalse a otro que se encuentra a mayor altura aumentando la energía potencial de la masa de agua bombeada. Cuando se requiera un pico de energía eléctrica, se deja caer el agua del embalse superior al que se encuentra situado a menor altura, haciendo pasar esa agua por una turbina y generando electricidad (Figura 2). Con este tipo de almacenamiento nos movemos en un rango de potencias de entre 10 MW y 1 GW, con tiempos de respuesta de entre 60 s y 120 s, lo cual es bastante rápido. Además, tienen la ventaja de que la vida útil que presentan es casi ilimitada, se habla de 50 años o incluso más. El número de ciclos también es muy elevado, aguanta más de 15000 ciclos y la eficiencia se situaría entre un 70-85% dependiendo del tipo de turbina. El bombeo reversible es la primera fuente de almacenamiento de energía a nivel mundial con 127 GW instalados. En España hay en torno a 6 GW a día de hoy, 5 y pico en funcionamiento y uno y pico pendiente de acabar su instalación. El principal problema del bombeo reversible es la dependencia de la topografía, es decir, que necesitas poder hacer dos embalses en un mismo cauce a dos alturas lo suficientemente diferentes y esto no se encuentra todos los días. Se prevé que este tipo de almacenamiento siga incrementándose pero que mientras ahora representa un 10,7% del total de la energía renovable instalada, no se va a incrementar en la misma medida en la que va a crecer la instalación de la energía renovable. Esto hace que este sistema no pueda ser el único que tengamos para almacenar energía, sino que hay que acompañarlo de algún otro tipo de almacenamiento.
Figura 2: Esquema de funcinamiento del almacenamiento de energía por bombeo reversible.
Almacenamiento de aire comprimido
Cuando la demanda es baja, se ponen a trabajar unos compresores para comprimir aire y en los momentos en los que la demanda sea alta se emplea ese aire comprimido para mover una serie de turbinas las cuales generan electricidad. El almacenamiento de este aire a presión se puede hacer bien bajo tierra, en cavernas, acuíferos o minas, o bien sobre tierra en depósitos (Figura 3). Los rangos de potencias en los que nos movemos son más o menos los mismos que en el caso del bombeo reversible, quizás algo inferiores. La mayor limitación en este caso es la capacidad del propio depósito. En el mundo existen dos de estas instalaciones, una en Alemania y otra en Estados Unidos. En Alemania son dos cavernas de 150.000 m3 cada una y en Estados Unidos es una caverna de 500.000 m3.
Figura 3: Esquema del almacenamiento de energía mediante aire comprimido.
Almacenamiento de hidrógeno
El tercero de los conceptos de almacenamiento de energía a gran escala es el denominado Power to Gas (P2G). En este caso lo que se hace con el excedente de energía eléctrica es generar hidrógeno mediante electrólisis del agua, aunque como ya conté, actualmente la mayor parte del hidrógeno producido a nivel mundial procede del reformado del Gas Natural. Una vez producido se puede llevar a consumo como por ejemplo en vehículos que empleen pilas de hidrógeno o a un almacenamiento. Cuando se requiera un extra de energía en la red el hidrógeno se puede llevar a una etapa de metanización, mezclándolo con CO2 y reinyectarlo a la red de Gas Natural, o puede inyectarse en pilas de combustible.
En términos económicos, las tres tecnologías requieren de una alta inversión para el desacople de la parte de energía. En cuanto al hidrógeno, no solo sirve como almacenamiento de energía, sino que lo que se consigue con él es la posibilidad de llevarlo a muchas aplicaciones lo que hace que no haya que centrarse en una sola, disminuyendo el riesgo en un hipotético mercado. Teniendo en cuenta el volumen, el H2 alcanza valores de hasta 280 kWh/m3, por m3 de hidrógeno almacenado. Frente a los 0,7 kWh/m3 del bombeo reversible, lo cual hace que a priori el almacenamiento de energía en forma de hidrógeno sea atractivo.
El desarrollo y fomento de estas formas de almacenamiento de energía pueden conducirnos a una sociedad más verde y menos contaminada. Además, el hidrógeno en particular puede hacernos prácticamente independientes energéticamente de terceros países. Por ejemplo, si la energía generada procediese de fuentes renovables, o en su defecto de los almacenamientos descritos y además los vehículos fuesen bien eléctricos o bien propulsados por hidrógeno, apenas necesitaríamos importar combustibles fósiles. Eso nos permitiría no depender de terceros países y sus fluctuaciones geopolíticas, ello redundaría en una mayor estabilidad de los precios. Alemania, por ejemplo, está basando parte de su estrategia energética en el hidrógeno viendo las fluctuaciones y los problemas crecientes que supone la importación de combustibles fósiles. España por su parte, uno de los países europeos con mayor potencial para las renovables, quizás no está haciendo todos los esfuerzos que debería en esta línea.
Referencias
http://www.ree.es/sites/default/files/downloadable/sintesis_ree_2014.pdf
http://www.ree.es/sites/default/files/downloadable/inf_sis_elec_ree_2014_v2.pdf
El mejor sistema de acumulación de energía potencial es la elevación de pesos. Este es el principio que rige las centrales hidroeléctricas reversibles.
Una simplificación de tal sistema sería instalar grandes montacargas para elevar bloques de cemento. Cuándo hay exceso de electricidad se la invierte en hacerlo ascender y cuándo se necesita esa energía se los deja descender.
No se menciona otra posibilidad que es inyectar el hidrógeno producido con energía renovable «surplus» directamente en la red de gasoductos.