El hidrógeno gris es la forma de producción de hidrógeno más común y, lamentablemente, la menos sostenible desde una perspectiva medioambiental.
Se produce a partir de combustibles fósiles, principalmente gas natural, mediante un proceso conocido como reformado de vapor de metano (SMR, por sus siglas en inglés). Aunque es un método establecido y relativamente económico, genera una cantidad significativa de emisiones de gases de efecto invernadero, principalmente dióxido de carbono (CO_2), que se liberan directamente a la atmósfera.
¿QUÉ ES EL HIDRÓGENO GRIS? «EN 30 SEGUNDOS»
El hidrógeno gris es el tipo de hidrógeno más producido hoy, obtenido principalmente del gas natural mediante el reformado de vapor de metano (SMR).
Su mayor desventaja es que libera grandes cantidades de CO_2 a la atmósfera, lo que lo hace insostenible para una economía del hidrógeno descarbonizada, a pesar de ser actualmente la opción más económica.
¿COMO SE PRODUCE EL HIDRÓGENO GRIS?
El hidrógeno gris es actualmente la forma más común de producción de hidrógeno a nivel global.
Su denominación «gris» se debe a la significativa huella de carbono asociada a su proceso de fabricación, ya que se obtiene principalmente a partir de combustibles fósiles, liberando dióxido de carbono (CO_2) directamente a la atmósfera. Comprender este proceso es fundamental para apreciar los desafíos de la descarbonización en el sector del hidrógeno y la importancia de la transición hacia formas más limpias.
La producción de hidrógeno gris se centra casi exclusivamente en el uso de gas natural como materia prima, mediante una tecnología bien establecida.
GAS NATURAL COMO FUENTE PRINCIPAL PARA PRODUCIR EL HIDRÓGENO GRIS
El gas natural, compuesto mayoritariamente por metano (CH_4), es la fuente de energía preferida para la producción de hidrógeno gris debido a su abundancia y relativa facilidad de procesamiento en comparación con otros hidrocarburos.
- Disponibilidad y Costo: La amplia disponibilidad de yacimientos de gas natural a nivel mundial y su coste históricamente más bajo en comparación con otras materias primas, han hecho del metano la opción más económica para la producción de hidrógeno a gran escala.
- Infraestructura Existente: La vasta red global de gasoductos y terminales de gas natural facilita el transporte de la materia prima a las plantas de producción de hidrógeno, lo que reduce la necesidad de desarrollar nuevas infraestructuras logísticas para este fin.
REFORMADO DE VAPOR DE METANO (SMR)
El reformado de vapor de metano (SMR) es la tecnología dominante y más extendida para la producción de hidrógeno gris. Es un proceso termoquímico que se lleva a cabo en varias etapas.
- Etapa de Reformado:
- El metano (CH_4) del gas natural se mezcla con vapor de agua (H_2O) precalentado.
- Esta mezcla se introduce en un reformador, un reactor tubular que contiene un catalizador metálico (comúnmente níquel) y se calienta a altas temperaturas (entre 700 °C y 1.100 °C) y presiones moderadas (típicamente 3-25 bar).
- En el reformador, el metano y el vapor de agua reaccionan para producir monóxido de carbono (CO) e hidrógeno (H_2). Esta reacción es endotérmica, lo que significa que requiere un aporte continuo de calor. CH_4+H_2OxrightarrowCalor,CatalizadorCO+3H_2
- Generación de Calor: El calor necesario para esta reacción se suele obtener quemando una parte del propio gas natural (o el subproducto de metano no convertido) en un horno externo al reformador, lo que contribuye aún más a las emisiones de CO_2.
- Etapa de Desplazamiento de Agua y Gas (Water-Gas Shift Reaction – WGS):
- El gas de síntesis (syngas), que es la mezcla de CO e H_2 producida en la etapa anterior, se enfría y se introduce en uno o dos reactores de desplazamiento (shift reactors).
- Aquí, el monóxido de carbono (CO) reacciona con más vapor de agua (H_2O) para producir dióxido de carbono (CO_2) y más hidrógeno (H_2). Esta reacción es ligeramente exotérmica (libera calor) y se realiza en dos etapas, una a alta temperatura y otra a baja, para maximizar la conversión del CO. CO+H_2OrightleftharpoonsCO_2+H_2
- Esta etapa es crucial porque convierte el CO (un contaminante y una impureza) en más hidrógeno y, lamentablemente, en CO_2, que es el principal gas de efecto invernadero liberado.
- Etapa de Purificación (PSA – Pressure Swing Adsorption):
- El gas resultante de la etapa WGS es una mezcla de hidrógeno, dióxido de carbono y trazas de monóxido de carbono y otros gases.
- Para obtener hidrógeno de alta pureza (necesario para la mayoría de las aplicaciones industriales y, especialmente, para celdas de combustible), se utiliza un proceso llamado Adsorción por Cambio de Presión (PSA).
- En el PSA, el gas se pasa a través de lechos de material adsorbente que retienen selectivamente las impurezas (CO_2, CO, metano residual) a alta presión. Luego, al reducir la presión, las impurezas se desorben y se ventilan, dejando el hidrógeno de alta pureza. Las impurezas liberadas suelen ser emitidas a la atmósfera o, en algunos casos, se queman como combustible para el propio proceso.
La producción de hidrógeno gris se basa en una serie de reacciones químicas que extraen el hidrógeno de los hidrocarburos.
PRODUCCIÓN DE HIDRÓGENO GRIS A PARTIR DE OTROS COMBUSTIBLES FÓSILES
Aunque el SMR con gas natural es el método más común, el hidrógeno gris también puede producirse a partir de otros combustibles fósiles.
- Gasificación del Carbón: El carbón puede gasificarse a altas temperaturas y presiones para producir gas de síntesis (syngas), una mezcla de CO e H_2. Posteriormente, el CO se convierte a CO_2 y más H_2 mediante la reacción de desplazamiento de agua y gas. Este proceso es incluso más intensivo en carbono que el SMR de gas natural.
- Reformado de Nafta o Petróleo: Otros hidrocarburos líquidos, como la nafta o el petróleo, también pueden ser reformados con vapor para producir hidrógeno, aunque estos métodos son menos comunes que el SMR con gas natural.
CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES DEL HIDRÓGENO GRIS
El hidrógeno gris, a pesar de sus importantes inconvenientes medioambientales, sigue siendo la forma de producción predominante debido a ciertas ventajas económicas y operativas.
VENTAJAS DEL HIDRÓGENO GRIS
- Costo de Producción Relativamente Bajo: Actualmente, el hidrógeno gris es la forma más barata de producir hidrógeno a gran escala. Esto se debe a la disponibilidad de gas natural y a la madurez y optimización de la tecnología SMR.
- Tecnología Madura y Probada: El SMR es un proceso industrial bien establecido y ampliamente utilizado desde hace décadas en diversas industrias, lo que garantiza su fiabilidad y escalabilidad.
- Infraestructura Existente: La infraestructura para el suministro de gas natural ya está en gran medida desarrollada a nivel global, lo que facilita el acceso a la materia prima.
DESVENTAJAS DEL HIDRÓGENO GRIS
- Altas Emisiones de Carbono: Esta es la principal desventaja. La producción de hidrógeno gris genera grandes cantidades de CO_2, lo que contribuye significativamente al cambio climático y contradice el objetivo de una economía del hidrógeno descarbonizada.
- Dependencia de Combustibles Fósiles: La producción de hidrógeno gris perpetúa la dependencia de los combustibles fósiles, que son recursos finitos y están sujetos a la volatilidad de precios.
- Contaminación Local: Además del CO_2, el proceso puede generar otros contaminantes atmosféricos si no se gestionan adecuadamente, como óxidos de nitrógeno (NO_x) o compuestos orgánicos volátiles.
- No Contribuye a la Descarbonización Real: A pesar de que el hidrógeno en el punto de uso no produce emisiones, si su producción se basa en combustibles fósiles sin captura de carbono, el balance neto de emisiones no es positivo para el medio ambiente, limitando su papel como solución climática genuina.
ROL ACTUAL Y PERSPECTIVAS FUTURAS DEL HIDRÓGENO GRIS
Actualmente, el hidrógeno gris es crucial en diversas industrias, pero su papel está destinado a evolucionar en el contexto de la transición energética.
USOS ACTUALES DEL HIDRÓGENO GRIS
El hidrógeno gris se utiliza ampliamente como materia prima industrial.
- Producción de Amoníaco: Una de las aplicaciones más importantes es en la fabricación de amoníaco (NH_3), un componente clave para fertilizantes y productos químicos.
- Refinerías de Petróleo: Se utiliza en el proceso de hidrotratamiento para eliminar impurezas como el azufre del petróleo crudo, y en el hidrocraqueo para convertir fracciones pesadas de petróleo en productos más ligeros y valiosos.
- Producción de Metanol: También es un insumo esencial en la producción de metanol, que se utiliza en la industria química y como combustible.
- Otras Industrias: Se emplea en la metalurgia, la fabricación de vidrio y en algunas aplicaciones menores como combustible en procesos industriales específicos.
FUTURO DEL HIDRÓGENO GRIS
El futuro del hidrógeno gris pasa por su reducción gradual y su transformación hacia formas más sostenibles.
- Puente Hacia el Hidrógeno Azul: Se considera que el hidrógeno gris puede servir como un puente hacia el hidrógeno azul, que es hidrógeno gris producido mediante SMR, pero con la diferencia crucial de que las emisiones de CO_2 se capturan y almacenan o utilizan (tecnología de Captura, Uso y Almacenamiento de Carbono, CCUS). Esto reduce drásticamente su huella de carbono. Puede encontrar más información sobre las aplicaciones del hidrógeno en nuestro sitio web: https://energymanagement.pro/cogeneracion-industrial-soluciones-energeticas/.
- Desplazamiento por Hidrógeno Verde: A largo plazo, el objetivo es reemplazar el hidrógeno gris y, en gran medida, el azul, con el hidrógeno verde, producido por electrólisis del agua utilizando energía 100% renovable. La reducción de los costos de la electrólisis y de la energía renovable son clave para lograr esto.
- Aplicaciones Residuales: Es probable que el hidrógeno gris continúe teniendo un papel residual en ciertas aplicaciones a corto y medio plazo donde la infraestructura para hidrógeno verde o azul aún no esté desarrollada o no sea económicamente viable.
En EnergyManagement.pro, entendemos la complejidad de la transición energética y nos especializamos en ofrecer asesoría en gestión energética industrial para ayudar a las empresas a optimizar sus consumos y avanzar hacia soluciones más sostenibles.
ENLACES EXTERNOS DE INTERÉS SOBRE EL HIDRÓGENO:
- Agencia Internacional de la Energía (IEA) – Hydrogen Production: Este recurso proporciona una visión detallada de los métodos de producción de hidrógeno, incluido el hidrógeno gris, y su impacto. Es una fuente fundamental de datos y análisis. https://www.iea.org/reports/hydrogen
- IEA – Net Zero by 2050 Report: Un informe clave que subraya la necesidad de descarbonizar la producción de hidrógeno para alcanzar los objetivos climáticos netos cero. Menciona cómo el hidrógeno gris debe ser reemplazado. https://www.iea.org/reports/net-zero-by-2050
- Hydrogen Council: Esta iniciativa global de la industria del hidrógeno ofrece publicaciones y perspectivas sobre la transición hacia la producción de hidrógeno de bajas emisiones, incluyendo el análisis de los tipos de hidrógeno. https://hydrogencouncil.com/
- U.S. Department of Energy – Hydrogen and Fuel Cell Technologies Office: Proporciona información sobre los diferentes «colores» del hidrógeno y los esfuerzos de investigación y desarrollo para hacer su producción más limpia. https://www.energy.gov/eere/fuelcells/hydrogen-production
- Journal of Hydrogen Energy: Una revista científica líder que publica investigaciones sobre la producción de hidrógeno, incluyendo estudios técnicos y ambientales sobre el SMR. https://www.sciencedirect.com/journal/international-journal-of-hydrogen-energy
- Shell – Hydrogen Production: Shell, como una de las principales empresas energéticas, comparte información sobre sus métodos de producción de hidrógeno, incluyendo sus planes para la descarbonización. https://www.shell.com/energy-and-innovation/the-energy-future/hydrogen.html
- European Commission – Hydrogen Strategy: La estrategia de hidrógeno de la UE destaca la importancia de moverse hacia la producción de hidrógeno renovable y de bajas emisiones, dejando claro el papel limitado del hidrógeno gris en el futuro. https://energy.ec.europa.eu/topics/energy-strategy/hydrogen-strategy_en
El hidrógeno gris se produce principalmente del gas natural (CH_4) en un proceso llamado Reformado de Vapor de Metano (SMR).
El metano reacciona con vapor de agua a alta temperatura y con un catalizador para formar hidrógeno y monóxido de carbono, que luego se convierte en más hidrógeno y dióxido de carbono (CO_2). Este CO_2 se libera a la atmósfera, haciendo que el proceso sea muy intensivo en carbono.