HIDRÓGENO VERDE Y SU POTENCIAL EN MINERÍA

  • Introducción

La matriz energética mundial se genera principalmente a partir de combustibles convencionales como el carbón, petróleo y el gas natural, y si bien tanto la demanda como el costo de producción ha ido en aumento, la principal preocupación se enfoca en el impacto ambiental de los gases invernadero que estos combustibles generan, y el impacto en el calentamiento global que producen. Bajo este escenario, se hace necesario el desarrollo de nuevas fuentes de “Energías renovables no convencionales” (ERNC), como la energía solar y eólica, para producir hidrógeno de una manera sustentable. Sin embargo, es necesario señalar que el hidrógeno no es un combustible en sí, sino más bien un vector energético, que se utiliza en la industria del petróleo, producción de amoniaco producción de metanol, alimentos (grasas y aceites) y en la industria metalúrgica (obtención de platino, tungsteno, cobalto, otros), pero que debido a su alto potencial, se proyecta que la mayor aplicación será en el transporte, con vehículos eléctricos (a celdas de combustible, eléctricos o híbridos), apuntando a descarbonizar el transporte público, buses, trenes, pero también vehículos y maquinaría industrial, constituyendo así la base para el sistema energético del futuro.

Según la estrategia Nacional de Hidrógeno Verde, “Chile durante el 2020 actualizó su Contribución Determinada a Nivel Nacional y se comprometió a ser carbono-neutral al 2050, poder ser líder exportador de hidrógeno verde y de costo más barato del planeta, alcanzando los 25GW por electrólisis al 2030. Lo anterior implica, que los actores de las distintas industrias y la sociedad en general, deben propender a este gran objetivo.

  • Generación de hidrógeno verde

El hidrógeno es el elemento más abundante en el universo, pero no se encuentra puro en la naturaleza, por lo tanto, se tiene que generar a partir de diferentes fuentes (convencionales y no convencionales, Figura 1.) y métodos, cuyo impacto ambiental dependerá del tipo de fuente.

Figura 1. Diferentes vías de producción de hidrógeno. (H2Chile)

Se denomina hidrógeno verde o también conocido como hidrógeno renovable, aquel producido a partir de fuentes de energía renovables y con bajas (o nulas) emisiones contaminantes asociadas.

El principal método industrial para la producción de hidrógeno verde, es la vía por electrólisis del agua en un dispositivo electroquímico denominado electrolizador. Existen también otros métodos de producción de hidrógeno renovable como el reformado con vapor de biogases, bioalcoholes o residuos orgánicos, la fotocatálisis, la termólisis del agua, la producción por microorganismos, etc. (Fig. 2).     Figura 2. Alternativas de producción de hidrógeno verde. (GIZ, 2018)
Figura 2. Alternativas de producción de hidrógeno verde. (GIZ, 2018)

A continuación, la Figura 3 muestra de manera esquemática, alternativas de uso de hidrógeno verde para diferentes aplicaciones e industrias.

Figura 3. Alternativas de uso para hidrógeno verde. Fuente. Siemens (Ministerio de energía de Chile)

La electrólisis de agua y uso de electrolizadores, resulta ser el método y tecnología más eficiente para obtener el hidrógeno industrial vía energías renovables. Los electrolizadores se pueden clasificar como: Alcalinos, Polymer Electrolyte Membrane (PEM) y Solid Oxide Electrolyzers (SOE).

  • Potencial del hidrógeno verde en minería

El sector minero en Chile presenta oportunidades importantes, considerando el potencial de energía solar en el desierto y eólica en el norte como en el sur, no obstante, el negocio de la minería tiene particularidades por sus recursos minerales, escala y el uso intensivo de energía, que condicionan la operación. Por lo tanto, el uso de hidrógeno en mina y planta, requeriría de infraestructura, conocimientos de la tecnología y operación, almacenamiento, transporte, distribución y por supuesto, aspectos de seguridad y mitigación de riesgos, y regulaciones medioambientales.

Para la producción de hidrógeno verde, existen fuentes de energía renovable con una madurez ya desarrollada como la energía solar, utilizando energía fotovoltaica (PV) y concentración termosolar (CSP), así como energía eólica, pero requiriendo de una estrategia de almacenamiento térmico en el caso CSP o combinado con PV para poder suministrar a las plantas y operar 24/7. Los beneficios son disminución de emisiones de carbono y por tanto su huella en los procesos, pero también impactando sobre la salud de los operadores y en la reducción del consumo energético (electricidad, gas natural, diesel). El hidrógeno verde tendría aplicación en motores de combustión dual (hidrógeno-Diesel) y celdas de combustible para vehículos livianos y pesados, maquinaria de extracción, transporte de carga y pasajeros, sistemas de respaldo energético, comunicaciones, equipos para pozos de extracción, control y monitoreo, entre otros (Figura 4).

Figura 4. Potenciales aplicaciones de hidrógeno verde en minería. (H2Chile)
El impacto resulta, para equipos de carga y maquinaria en minería a cielo abierto y subterránea. Una estimación del diesel utilizado bordea los 1.7 millones de m3 al año (transporte de material representa de 80 a 90% del consumo de combustible).
Por otra parte, una oportunidad interesante en metalurgia extractiva y refinación de metales donde se se utiliza C y CO como reductores, sería la utilización de hidrógeno para siderurgia y refinación de cobre (remoción de oxígeno), con la ventaja de generar agua y no CO2, según las siguientes reacciones.
O2 + CO = 2CO2
O2 + H2 = H2O
La determinación de costos y emisiones requiere de un análisis profundo, en términos de las metodologías, parametrizaciones e incertidumbre asociadas a procesos y tecnologías.
 
Robinson Constanzo Rojas
Miembro director IMETCHILE
 
§  Referencias bibliográficas
1.    GIZ, 2018. Tecnologías del hidrógeno y perspectivas para Chile.
2.    H2Chile. Hidrógeno. https://h2chile.cl/
3.   Ministerio de Energia, 2020. Estrategia Nacional de Hidrógeno Verde.
4.  Jiménez F., 2020. Evaluación técnica y económica del uso de hidrógeno verde en aplicaciones para la industria y desplazamiento de combustible fósil. Universidad de Chile.
5.   IRENA, 2021. Green Hydrogen cost reduction.
6.   H2Chile, 2021. Hidrógeno verde en minería.

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