L’hidrogen a la Barcelona del futur: HyBCN

Durant anys, el nostre imaginari, alimentat pel cinema, ens ha fet pensar en ciutats del futur amb un aspecte ben diferent de com han esdevingut un cop ha arribat aquell futur 2019 plantejat per Blade Runner, o com serà el 2035 plantejat a Jo, Robot. Totes aquelles “ciutats del futur”, i d’altres en la literatura, coincideixen a mostrar unes ciutats amb una mobilitat basada en vehicles voladors, però sembla que no seran exactament així...

Lamentablement, seguim circulant amb vehicles basats en la combustió interna d’hidrocarburs d’origen fòssil, amb una eficiència força baixa. Els intents per impulsar una transició a un escenari amb vehicles menys contaminants topen amb diferents esculls. És cert, però, que hi ha hagut canvis en aquestes ciutats del futur on ens toca viure. Cada vegada veiem més vehicles elèctrics circulant per les nostres ciutats, com ara patinets, bicicletes o petits turismes. La majoria d’aquests vehicles han carregat les bateries amb un mix energètic molt lluny de tenir origen 100% renovable, tot i que són més eficients i menys contaminants que els vehicles de combustió.

Cal plantejar-nos, doncs, si és factible que veiem una flota de vehicles no contaminants majoritària a les nostres ciutats. Hi ha diverses raons del perquè aquesta transformació succeeix més lentament de l’esperat. En primer lloc, cal aconseguir que els vehicles elèctrics a bateria es carreguin amb energia 100% renovable, i avui en dia aquesta no és la realitat de l’origen de l’electricitat que arriba als nostres endolls¹. Per fer-ho possible caldria instal·lar molta més generació d’origen renovable. Cal recordar que Catalunya està a la cua en la instal·lació d’energies renovables a Europaclase². Tot i que se n’incrementi la capacitat, serà difícil satisfer tota la demanda energètica de manera directa, especialment si pensem en la càrrega de bateries concentrades en els períodes nocturns i l’energia fotovoltaica com la principal font renovable. Per tant, necessitem sistemes eficients d’emmagatzematge d’energia per utilitzar-la quan la necessitem.

Gràfic exemple de la generació “típica” d’energia solar (en vermell, a les hores centrals del dia) i el consum d’aquesta energia a la llar (en blau, típicament al matí i al vespre).

Una de les apostes més fermes, tant en l’àmbit cientificotecnològic com en el polític, és emmagatzemar els excedents d’energia renovable que es puguin produir en moments d’elevada generació en forma d’hidrogen. Aquest procés es basa en l’ús d’electrolitzadors, capaços de separar l’aigua (H₂O) en els seus components elementals l’hidrogen (H₂) i l’oxigen (O₂), i utilitzar aquest hidrogen quan sigui requerit.

Esquema del cicle de l’hidrogen.

La manera d’utilitzar aquest hidrogen emmagatzemat pot ser molt diversa. Podem utilitzar piles de combustible per generar altra vegada electricitat (amb el procés invers a l’electròlisi) i així carregar les bateries dels vehicles elèctrics. En aquest cas sí que seria energia 100% renovable. Una altra possibilitat és el vehicle d’hidrogen. Aquests vehicles porten un dipòsit d’hidrogen i una pila de combustible que, alimentada per aquest hidrogen, genera l’electricitat necessària per moure un motor elèctric. Al cap i a la fi, segueix sent un vehicle elèctric, però no basat en carregar una bateria, sinó en generar l’electricitat in situ. Aquests tipus de vehicles elèctrics basats en pila de combustible, també coneguts com vehicles d’hidrogen, són molt més adequats per a vehicles pesants o que requereixin una gran autonomia. Està força establert que per a petits vehicles urbans i desplaçaments curts, els vehicles de combustió seran substituïts per vehicles elèctrics a bateria. D’altra banda, en el cas dels vehicles pesants (autobusos, camions de recollida d’escombraries, transport de càrrega), els vehicles elèctrics estaran basats en la pila de combustible. La raó d’aplicar diferents solucions depenent del tipus de vehicle ve determinada, d’una banda, pel temps de recàrrega (més curt en el cas de l’hidrogen), i de l’altra, pel pes i el volum de les bateries que serien necessàries per moure vehicles pesants.

En aquest context, les aplicacions de l’hidrogen no es limitaran a descarbonitzar el transport. Les primeres aplicacions de l’hidrogen renovable (conegut com hidrogen verd) que veurem a casa nostra serà en aplicacions industrials. Moltes indústries utilitzen hidrogen gris (extret d’hidrocarburs d’origen fòssil) en els seus processos. Des d’un punt de vista tecnològic, la substitució per hidrogen verd generat a partir d’electrolitzadors alimentats amb electricitat renovable serà més senzilla d’aplicar que en el transport, i tindrà un gran impacte en la disminució de les emissions de CO₂ en indústries com les de l’acer, les refineries, el ciment i similars.

Finalment, a més llarg termini, un cop s’hagin desplegat les tecnologies de l’hidrogen en el sector del transport i el sector industrial, veurem arribar l’hidrogen a les nostres llars. Pot ser tant en forma de gas natural sintètic, generat a partir de CO₂ capturat i hidrogen renovable, o bé directament en forma d’hidrogen per donar-nos electricitat i calor renovables, utilitzant calderes de cogeneració com les que es van instal·lar (fins a 200.000 unitats) al Japó en el projecte Ene-Farm (2011-2019) després de l’accident de Fukushima³.

Fotografia del prototip d’electrolitzador reversible basat en tecnologia d’òxid sòlid desenvolupat en el marc del projecte HyBCN.

Amb un objectiu més modest, però amb caràcter d’investigació científica, es va crear el projecte HyBCN en el marc del Pla Barcelona Ciència, en què l’Institut de Recerca en Energia de Catalunya (IREC), amb la col·laboració de la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) i l’empresa especialista en cogeneració AESA, han desenvolupat un prototip d’electrolitzador reversible capaç de generar hidrogen amb eficiències superiors al 80%, basat en tecnologia d’òxid sòlid que treballa a alta temperatura, per després utilitzar-lo en mode pila de combustible⁴. El projecte ha aconseguit no només ajudar a desenvolupar aquesta tecnologia d’electròlisi i aprendre sobre la seva operació a nivell de sistema, sinó que ha estat una molt bona plataforma de divulgació de la tecnologia cap a la ciutadania de Barcelona i les indústries de l’àrea metropolitana. El projecte HyBCN pretén ser una primera entrada de l’hidrogen a la ciutat de Barcelona com una alternativa energètica, que veurem arribar molt properament a la nostra ciutat. L’hidrogen té el potencial de reduir les emissions de CO₂ relacionades amb el transport i el sector industrial, i també millorar la qualitat de l’aire que respirem, responsable de més de 800.000 morts prematures a l’any a Europa⁵.

Detall del prototip d’electrolitzador reversible del projecte HyBCN.

Si voleu conèixer més sobre el projecte HyBCN, trobareu un vídeo divulgatiu al següent enllaç: “Projecte Hy-BCN. Energies renovables sota demanda: on i quan vulguis”