Siemens trabaja hacia la descarbonización en escala

La descarbonización de la economía mundial es posible hoy en día mediante el acoplamiento de sus diferentes sectores para maximizar el uso de los recursos de energía renovable. Un reciente documento técnico de Siemens encontró que un habilitador clave para la descarbonización a escala es la tecnología electrolítica de membrana de intercambio de protones (PEM, por sus siglas en inglés) para generar «hidrógeno verde» a partir de agua y energía renovable. La electrólisis es una forma natural de producir hidrógeno a través de la descomposición del agua debido al paso de una corriente eléctrica. El hidrógeno se puede utilizar como combustible de cero emisiones a escala o combinado con otros elementos como componente molecular en las materias primas industriales centrales.

El concepto Power-to-X de Siemens gira en torno al hidrógeno como el combustible libre de carbono elegido. La alta densidad de energía, la portabilidad y la capacidad de almacenamiento del hidrógeno lo convierten en una materia prima más versátil que las tecnologías de almacenamiento de energía, como condensadores, volantes y baterías.

«El hidrógeno desempeña un papel central en Power-to-X porque puede tomar hidrógeno a través de la electrólisis, almacenar el excedente de energía renovable y luego, por ejemplo, quemarlo en una turbina de gas», dijo Vinayaka Nakul Prasad, gerente de cartera de productos de turbinas de gas de alta resistencia, industriales y aeroderivadas para Siemens.

Siemens ha puesto mucho esfuerzo en su cartera de electrólisis como motor para el acoplamiento del sector. Desde hace un tiempo, las industrias de compresión de gas y generación de energía se han dado cuenta de que la descarbonización individual de un sector en particular palidece en comparación con el acoplamiento generalizado, aunque gradual, del sector. Eso significa producir hidrógeno verde a escala. Los métodos tradicionales de producción de hidrógeno, como la reforma del gas natural y la gasificación del carbón, utilizan combustibles fósiles y, por lo tanto, generan emisiones de carbono. Ahí es donde entra en juego Power-to-X.

PRODUCCIÓN DE GASES DE HIDRÓGENO, COMPRESIÓN Y ALMACENAMIENTO
En el lado upstream del negocio, Siemens tiene una cartera de energía eólica renovable, así como la producción de hidrógeno a través de la electrólisis. «Hemos estado desarrollando tecnología de producción de electrólisis durante casi 10 años mientras nos preparamos para el papel cada vez mayor que desempeña Power-to-X en nuestra cartera de productos», dijo Prasad.

A partir de ahí, el hidrógeno necesita ser comprimido y almacenado para el usuario final. Una vez almacenado, el hidrógeno se puede vender directamente a múltiples industrias, como las empresas petroquímicas y de refinería, los mayores consumidores de hidrógeno. Otra forma de lograr la descarbonización es mediante el uso de combustibles de carbono neto cero para aplicaciones industriales. “Ofrecemos soluciones que pueden combinar CO2 capturado del aire con hidrógeno verde para crear un combustible sintético como el metanol. Al final, debido a que el combustible sintético se deriva del CO2 capturado del aire, es un balance neto, un combustible neutral en carbono», dijo Prasad. «La capacidad de producir combustibles sintéticos a partir de fuentes de energía verde marca un antes y un después».

Lograr una producción, compresión y almacenamiento generalizados de hidrógeno y luego implementar el proceso a escala requiere una gestión de energía dedicada y coordinada. «Cuando hablamos de acoplamiento sectorial, se trata de cómo atravesar toda la cadena de valor industrial e implementar tecnologías como la electrólisis de membrana de intercambio de protones a escala para lograr una reducción importante de las emisiones de carbono», dijo Jitendra Kumar, director de marketing de productos para el mercado de posventa, generación de energía y soluciones de petróleo y gas para Siemens.

La generación de hidrógeno verde utilizando tecnología de protones electrolíticos y el uso de fuentes de energía renovables para crear combustibles sintéticos ofrecen capacidades de acoplamiento del sector mucho más convincentes que el uso de técnicas de almacenamiento como baterías, volantes y condensadores. Cuando se le preguntó acerca de las limitaciones de estas soluciones de almacenamiento, Kumar comentó: «Estas soluciones únicas no funcionan para todas las aplicaciones. Han evolucionado, pero aún les queda un largo camino por recorrer. Las baterías son ampliamente aceptadas, pero tienen duraciones de almacenamiento considerablemente limitadas. Del mismo modo, los volantes pueden almacenar hasta 100 MW, pero solo durante unos minutos. Los condensadores pueden almacenar energía por períodos de tiempo aún más bajos. Entonces, cuando hablamos a largo plazo, estas soluciones son insostenibles y ahí es donde entra en juego el hidrógeno».

HORIZONTE DE HIDRÓGENO VERDE
Desafortunadamente, más del 90% del hidrógeno se crea actualmente mediante procesos intensivos en carbono, como la gasificación a través del metano o el reformado con metano a vapor. Hoy en día, el hidrógeno verde tiene el potencial de proporcionar la próxima gran oportunidad para desplazar o incluso evadir las emisiones de CO2 mediante el uso de energía verde excedente gracias al acoplamiento del sector.

En respuesta a esta demanda de coordinación, Siemens ha estado invirtiendo activamente y mejorando su cartera de turbinas de gas para absorber hidrógeno y una variedad de combustibles sintéticos. Las instalaciones de prueba especializadas de la empresa en Berlín, Alemania, conocidas como el Centro de Energía Limpia, han sido fundamentales para desarrollar formas para que las turbinas de gas de Siemens desplacen al gas natural con hidrógeno.

Este año, como parte de su compromiso con la sostenibilidad ambiental, Siemens firmó un acuerdo industrial europeo que promete que las nuevas turbinas de gas funcionarán con 20% de hidrógeno (mezclado con gas natural) para 2020 y 100% de hidrógeno a partir de 2030. Con la posibilidad de modernizar la flota existente con estas capacidades recientemente desarrolladas, también se protege a futuro todas las inversiones anteriores y nuevas en turbinas de gas contra requisitos de carbono más estrictos y, por lo tanto, evita activos varados. Gran parte de la cartera avanzada de turbinas de gas de Siemens ya puede re-electrificar efectivamente el hidrógeno almacenado en electricidad usándolo como combustible.

Según Prasad, la mayoría de las turbinas de gas de Siemens en la actualidad pueden acomodar mezclas con niveles de hidrógeno del 30% o más, e incluso hasta el 100% en los modelos de turbinas aeroderivadas. Se logró un hito reciente al probar un quemador seco de baja emisión (DLE) de hasta el 100% en las instalaciones de prueba del Centro de Energía Limpia. «Power-to-X significa mucho más que solo la turbina de gas», dijo Prasad. “Power-to-X es un tema muy, muy importante para la empresa. En Siemens queremos hacer que la energía sea verde siendo un proveedor único entregando soluciones integrales y siendo capaces de entregar llave en mano en una planta de energía a gran escala y hasta a escalas más pequeñas. Realmente estamos tratando de usar Power-to-X para acelerar la descarbonización más allá de los sectores individuales. Entonces, para nosotros, realmente es analizar toda la economía energética y ver cómo podemos hacer de esto una energía de grado común».

Power-to-X ha ganado mucha atención en Alemania, la casa de Siemens, en los últimos años. A partir de ahí, se expandió por todo el mundo, principalmente a Medio Oriente, Australia y China. “Observamos al Medio Oriente porque hay una gran adición de energía solar y estamos viendo una combinación de almacenamiento con energía solar que utiliza hidrógeno. Australia también es un mercado. En China, hemos firmado un memorando de entendimiento con la Corporación de Inversión de Energía del Estado de China (SPIC, por sus siglas en inglés) para el desarrollo y la utilización de hidrógeno verde», dijo Prasad.

Es bien sabido que California, Estados Unidos, está trabajando en regulaciones e incentivos aún más favorables para las tecnologías libres de carbono. «La combinación de incentivos y el aumento dramático de las energías renovables ofrece una gran oportunidad para las tecnologías de almacenamiento como el hidrógeno, que además se ve respaldada por los costos que se reducen con la escala», dijo Prasad.

PAQUETE COMPLETO
Según Prasad, Power-to-X es más que solo hidrógeno. “Power-to-X es realmente una vista completa de 360 grados. ¿Qué estamos ofreciendo? ¿Qué tipo de tecnología estamos usando? La respuesta es: todo el espectro», dijo Prasad. «Si desea tener un único componente de producción, se lo ofrecemos, pero si desea la llave en mano completa Power-to-X, o toda la cadena de valor de la descarbonización, entonces también somos el socio adecuado».