Zer datorkigu burura "hidrogenoa bektore energetiko bat bezalakoa da" esaten dugunean? Erantzun azkarra hidrogeno gaseosoa da; errekuntza-erregai garbia da, eta erregai-pila batean oxigenoarekin konbinatzen denean, beroa eta elektrizitatea sortzen ditu, azpiproduktu gisa ur-lurruna bakarrik duela.

Hala ere, H2 gasa ez da energia-trantsiziorako aintzat hartutako hidrogenoan oinarritutako energia-bektore bakarra. Izan ere, hidrogenoak bektore energetiko gisa duen abantaila nagusietako bat bere malgutasuna da.

Oro har, hidrogenoa bektore energetiko gisa aipatzen dugunean, gas edo likido (hidrogeno kriogenikoa) gisa biltegiratutako hidrogenoaz ari gara. Hala ere, beste hidrogeno mota batzuk hartu behar dira kontuan hainbat aplikaziotarako. Izan ere, hidrogenoarentzat energia biltegiratzeko soluzio sorta oso bat dago, hainbat edukiera-parametro, energia biltegiratzeko denbora, zamalanetarako denbora eta, jakina, instalazio-prezioen arabera bereizten direnak. 

Hidrogenoak eta hidrogenozko erregaiek, hala nola amoniakoak (NH3), hainbat abantaila dituzte energia biltegiratzeko beste sistema batzuen aldean. Adibidez, hidrogenoak eta hidrogenozko beste bektore batzuek 1.000 MW-rainoko batez besteko energia biltegiratzea ahalbidetzen dute zenbait astetan edo hainbat hilabetetan. Are gehiago, ikerketa batzuek frogatu dute, galera txikiekin, hidrogeno bektoreak urtebete arteko energia gorde dezakeela. 

Baterien teknologiaren kasuan, energia testuinguruan kokatzeko bakarrik, batez beste, minutu batzuk eta egun batzuk bitartean gorde daiteke, asko jota, aste batzuetan, eta soilik 10 MW-eko tartean; eta, beste adibide bat jartzearren, energia termikoak 100 MW-eko batez besteko biltegiratze bat eskaintzen du, egun gutxi batzuetako tartean soilik. Beraz, hidrogenoak energia epe luzera biltegiratzeko duen gaitasun handia da bere abantailarik garrantzitsuenetako bat, batez ere segurtasun energetikoari dagokionez.

Bestalde, hidrogeno gaseosoak bolumen bakoitzeko dentsitate energetiko txikia du erregai fosilekin alderatuta, eta, ondorioz, biltegiratze-unitate oso handiak behar dira. Eragozpen hori gainditzeko, honako estrategia hauetako bat erabil daiteke hidrogeno kantitate nahikoak biltegiratzeko: i) presio altuko biltegiratzea, ii) oso tenperatura baxuan biltegiratzea (kriogenikoa), edo iii) hidrogeno molekula kopuru handia duten substantziak. 

Hala ere, zein da egokiena? Galdera honen erantzuna aplikazioaren arabera azaldu behar da: estazionarioa ala mugikorra?

Hidrogenoa aplikazio egonkorretarako biltegiratzeak ekoizpen- edo erabilera-puntuan in situ biltegiratzea barne hartzen du, eta normalean energia geldikorra sortzeko erabiltzen da.

Bestalde, hidrogenoa aplikazio mugikorretarako biltegiratzea garraiobideetan erabiltzen da, hala nola automobiletan, kamioietan, trenetan, hegazkinetan edo itsasontzietan.  

Zergatik da garrantzitsua bereizketa hori ezagutzea? Batez ere pisuagatik eta bolumenagatik. Zalantzarik gabe, beste arrazoi batzuek, hala nola segurtasunak, eginkizun bat betetzen dute, baina pisua eta bolumena dira hidrogenoa biltegiratzeko metodoa aukeratzeko faktore nagusiak.

Hemen, gehien ikertu diren formetako batzuk laburbilduko ditugu, hidrogeno gaseosoa eta hidrogeno kriogenikoa alde batera utzita, hidrogenoa biltzeko.

Ura bezala, baina ez edangarria. 

Hidrogenoa likido bidez biltegiratzea bi kategoriatan sailka daiteke: oinarri organikoko likidoa eta oinarri ez-organikoko likidoa.

Hidrogenoa duten likido organikoak hidrokarburoak dira funtsean; adibidez, gasolina edo gasolioa hidrogenoa duten likidoak dira. Hala ere, hidrogeno berdearen bektore energetikoei buruz ari bagara, bektore energetiko likidoek ez dute jatorri fosilekoak izan behar. Hala, gasolioa hidrogeno-bektore energetikoa bada ere, gasolioa ibilbide ekologikoen bidez prestatu bada bakarrik har daiteke erregai ekologikotzat (adibidez, elektrolisitik datorren hidrogenoarekin sintetizatuta). 

Hidrogenoa duten beste likido batzuk metanola, etanola, isopropanola edo azido formikoa dira, baina, berriz ere, trantsizio energetikoan ekarpen positiboa egiteko, bektore horiek ezin dira jatorri fosiletik lortu.

Pisu molekular txikiko alkoholak eta azido txikiak (hala nola azido formikoa) CO2 eta hidrogeno berdearen harrapaketatik abiatuta presta daitezke iturri berriztagarriak erabiliz, karbono-isuri garbirik ez sortzeko potentzialarekin. Baldintza atmosferikoetan likidoak dira, toxikotasun txikia dute eta erraz biltegiratzen dira. Ezaugarri horiek guztiak oso egokiak dira garraioaren sektorerako, eta ez da aldaketa handirik egin behar azpiegitura biltegiratzeko, banatzeko eta azken erabilerarako. 

Hona hemen hidrogenoa duten likidoak ekoiztearekin eta erabiltzearekin lotutako industria-proiektuen adibide erreal batzuk. CO2a George Olah metanol bihurtzeko instalazioak, Svartsengin (Islandia) kokatua, gaur egun 5 milioi litro metanol berriztagarri ekoizten ditu urtean 5600 tona CO2 harrapatu eta bihurtuz. Carbon Recycling Internationalek e-metanola ekoizteko lantegi bat ere diseinatu du Finnfjorden (Norvegia). Instalazioak Finnfjord ferrosilizio-instalazioko isurietatik harrapatutako CO2a eta uraren elektrolisitik sortutako hidrogenoa erabiliko ditu e-metanola ekoizteko lehengai gisa. 

Duela gutxi, Maerskek esparru-protokolo bat sinatu du Espainiako gobernuarekin, erregai ekologikoak eskala handian ekoizteko aukerei buruzkoa. Proiektuaren helburua da urtean 2 milioi tona e-metanol hornitzea, hidrogeno berdea eta CO2 atzitzea oinarri hartuta. E-metanolarekin funtzionatzeko gai diren distantzia luzeko ontzietan erabiliko da.

Hidrogenoa duten erregai likido horiek erregai-piletan erabil daitezke zuzenean, aparatu elektronikoak elikatzeko, sare elektrikoak babesteko edo garraiatzeko. EFOY Pro metanol zuzeneko erregai-pilak eta SIQENS Ecoport erregai-pilak aplikazio industrial finko eta mugikor askotarako energia-sortzaileak dira (adibidez, telekomunikazioak, aisialdia edo zaintza). Era berean, 2016an, Nissanek bioetanol bidez propultsatutako ibilgailuaren prototipo bat garatu zuen. Kasu honetan, etanola hidrogeno bihurtzen da lehenik, eta gero autoa elikatzen duen elektrizitatea sortzeko erabiltzen da.

Hidrogenoa duten erregai likido ez-organikoen artean, amoniakoa (NH3) da hautagai nagusia. Hidrogenoaren % 17 du pisuan, deskonposizio katalitiko termikoaren edo elektrooxidazioaren bidez atera daitekeena. Txandaka, NH3 zuzenean oxidatu daiteke erregai-piletan, erreaktore bereizi baten beharrik gabe. 

NH3ren energia-dentsitatea (12,7 MJ/L) hidrogeno likidoarena (8,5 MJ/L) baino handiagoa ere bada. Gainera, amoniakoa -33ºC-ko tenperaturan gorde daiteke, askoz energia gutxiago eskatzen duena, kriogenikoki biltegiratutako hidrogeno likidoaren -253ºC-ak baino. Gainera, amoniakoa ez da hidrogenoa bezain sukoia. Azkenik, urtean 200 milioi tona NH3 ekoizten direnez, amoniakoa biltegiratzeko eta garraiatzeko azpiegitura zabala dago.

Gaur egun, amoniako-kopuru hori 100 urteko antzinatasuna eta energia-kontsumo handia duen Haber-Bosch prozesuaren bidez sortzen da, eta prozesu hori ez da bateragarria trantsizio energetikoarekin, metanoaren krakeo termikoaren ondoriozko H2 eta sintesi-tenperatura altuak erabiltzen dituelako.

Hala ere, alternatiba ekologikoagoak sortzen ari dira, amoniakoa energia-bektore likido gisa erabili ahal izateko. Adibide gisa, eta ziurrenik proiekturik handinahiena, Saudi Arabiako Itsaso Gorriko kostaldean kokatuko den amoniakoaren sintesi planta dago. Landare fotovoltaiko batek egunez eguzkia aprobetxatuko du; turbinek, berriz, gaueko haizeak harrapatuko dituzte, uraren elektrolisi-instalazioetarako 4 GW elektrizitate sortzeko. Ondoren, hidrogenoa Haber-Bosch planta tradizional batean sartuko da, urtean 1,2 milioi tona NH3 ekoizteko.

Yarak, munduko amoniako-ekoizle handienetako batek, urtean 75.000 t NH3 ekoizteko asmoa du Sluiskilgo (Herbehereak) amoniako-plantan, uraren elektrolisitik datorren hidrogenoa erabiliz. Elektrolizagailu horiek itsasoko parke eoliko berri batetik datorren 100 MW energiarekin funtzionatuko lukete.

Gaur egun, amoniakoa distantzia luzeko garraiorako aukerarik onena da; zehazki, tren eta itsasontzietarako. Horren adibide da EBk finantzatutako ShipFC proiektua, distantzia luzeko itsasontziak garatu, instalatu eta probatzeko helburua duena, amoniako erregai-pilen bidez propultsatuta.

CIC energiGUNEn, gure ikertzaileak aitzindariak dira hidrogeno berdea duten erregai likidoak ekoizteko eta erabiltzeko material eta teknologia berriak garatzen.

Hidrogeno hidruroak: energia hautsa

Hidrogeno metalikoak solido batean presio baxuetan biltegiratzeko modu alternatibo bat dira. Posible da hidrogenoa presio baxuan biltegiratzea, hidrogeno-molekulak kimikoki lotuta daudelako konposatu metalikoaren egituraren barruan. Hidruro metalikoak biltegiratzeko sistemek 10-40 tabernatan funtzionatzen dute, hau da, presio altuko hidrogenoa biltegiratzeko sistema tipikoek baino 20 aldiz gutxiago.  

Hidruro metalikoak biltegiratzeko sistemen tamaina behar den berariazko aplikazioak zehazten du. 

Hala ere, hidruro metalikoen eragozpen nagusietako bat pisua delakoa da. Hidruro metalikoen biltegiratze-ahalmena 1,5 kg H2 (edo 50 kWh) ingurukoa da hidruro metalikoz osatutako 100 kg materialeko. Hidrogenoa biltegiratzeko beste sistema batzuekin alderatuta, hidruro metalikoen energia biltegiratzeko ahalmenaren va-lor hori baxua bada ere, Tesla Model 3 (50 kWh) baten litio ioien bateria estandar baten ahalmen energetikoarekin aldera daiteke.

Hidruro metalikoen beste eragozpen bat biltegiratzeko eta erabiltzeko sistemaren konplexutasuna da. Lehenik eta behin, hidruroak nitrogeno edo argoi azpian biltegiratu behar dira eta uretatik babestu. Bigarrenik, erregai likidoak, hala nola alkoholak edo amoniakoa, zuzenean erabil daitezke erregai-piletan konbus-tible gisa; aldiz, hidruro metalikoek aktibazio pasabide bat behar dute egituratik hidrogenoa askatzeko. Hidrogenoa behar denean, desortzioa sustatzen da berotzeko pasabide baten bidez (50-100ºC). Tenperaturak eragindako desortzio-urrats hori ez da egokia automozioan aplikatzeko, bereziki azelerazio- eta desazelerazio-urratsetan.

Tenperatura-desortzioaren beste aukera batzuk hidruroak uraren hezetasunarekin kontaktuan egotearen ondoriozko aktibazioa dira. Kasu honetan, hidrogenoa behar denean, hi-druroa hezetasun kontrolatuko airearekin nahasten da, eta ondoriozko erreakzioak purutasun handiko hidrogenoa sortzen du. Askatzeko zinetika azkarra bada ere, erreakzio horrek eskatzen du ura bereiz garraiatzea ontzian, eta horrek pisua eta konplexutasuna eransten dizkio garraioaren aplikazioari.

Hidrogenoa garraioan biltegiratzeko hidruro metalikoak erabiltzea erronka handia bada ere, ez da ezinezkoa, eta hidruro metalikoak beren espazioa betetzen ari dira biltegiratze egonkorrean eta elektronika eramangarrian. Adibidez, Hydrostik hidrogenoa biltegiratzeko soluzio eroso bat da hidrogenoz bultzatutako gailuak elikatzeko. GKN hydrogen proiektuak hidrogenoa aplikazio egonkorretarako hidruro metalikoetan epe labur eta luzera biltegiratzea bideragarria dela erakusten du.

Erronka teknikoetatik haratago, gaur egun hidrogenoa biltegiratzeko metodoek ez dituzte betetzen Estatu Batuetako Energia Departamentuak (DOE) proposatutako kostu-helburuak. Energia biltegiratzearen kostua murriztea funtsezkoa da hidrogenoaren ekonomia erabat hedatzeko. Kostu-arazo batzuk material berriak arakatuz edo sintesi-prozesu eraginkorragoak garatuz konponduko dira. Gainera, teknologia horiek seriean handitzeak eta ekoizteak nabarmen lagunduko dute kostua murrizten.

Ondorioz, nabarmendu behar dugu hidrogenoa biltegiratzeko teknologiak asko egin duela aurrera. Norabide guztietan ikertzen jarraitu behar dugu, aplikazio bakoitzerako sistemarik onena aurkitzeko. Azkenean, benetan deskarbonizatuta dauden gizarteak lortzeko helburua aplikazio bakoitzerako egokiena den hidrogenoa biltegiratzeko metodoaren araberakoa izango da. Hidrogenoa biltegiratzeko metodorik onena aukeratzeko gaitasuna baldintza teknikoetan ez ezik, bideragarritasun ekonomikoan ere oinarrituko da.