Hidrógeno, ¿un camino viable?
Las soluciones de hidrógeno aparecen en el horizonte para descarbonizar la agricultura. Pero el camino todavía parece largo
Según datos publicados por Ispra, el sector agrícola en Italia es responsable de aproximadamente el 7% de las emisiones nacionales de gases de efecto invernadero. En Europa, según datos de Eea - Agencia Europea de Medio Ambiente, la agricultura representa más del 10% de las emisiones de gases de efecto invernadero de la UE. Parte de estas emisiones proviene del uso de combustibles fósiles para maquinaria agrícola y para diversas operaciones como riego, etc.
La descarbonización de las empresas agrícolas puede adoptar diversas vertientes pero sin duda la eliminación o reducción del uso directo de combustibles fósiles es uno de los pasos a considerar. Hoy en día, cuando hablamos de fuentes alternativas de energía para la agricultura, pensamos principalmente en biomasa, biogás, biometano y fotovoltaica. Pero últimamente, y no sólo para el sector agrícola, está ganando terreno la idea de poder utilizar otra fuente energética: el hidrógeno.
Hace algún tiempo hablamos de hidrógeno para la agricultura en las páginas de esta revista, describiendo un proyecto europeo, HyPErFarm, que tiene como objetivo encontrar formas de reducir drásticamente el uso de combustibles fósiles en la agricultura. Una gran novedad del proyecto es el estudio y desarrollo de paneles que combinan la fotovoltaica y la producción de hidrógeno, que utilizan la energía eléctrica producida por el sol para realizar la electrólisis a partir del agua extraída del aire. La tecnología está siendo probada. El hidrógeno se puede utilizar entonces como portador de energía, por ejemplo para hacer funcionar tractores. Sí, porque ésta es la nueva frontera que asoma en el horizonte: la maquinaria agrícola que funciona con hidrógeno.
Helios, el tractor de hidrógeno de Fendt
Hay fabricantes de maquinaria agrícola que están considerando el hidrógeno como fuente de combustible para tractores. Por ejemplo Fendt. En la Semana Alemana del Hidrógeno, que tuvo lugar del 15 al 23 de junio de 2024, con eventos que exploraron diversos aspectos del uso del hidrógeno, incluida la producción, el almacenamiento, la infraestructura y las aplicaciones en el transporte y la agricultura, Fendt presentó su tractor Helios.
Se presentaron, construyeron y utilizaron dos prototipos en el contexto del proyecto H2Agrar, cuyo objetivo es investigar y establecer una infraestructura de hidrógeno para la agricultura en la región modelo de Emsland, Alemania. Ambos prototipos están equipados con cinco depósitos de hidrógeno, cada uno con una capacidad de 4,2 kg.
El hidrógeno comprimido se almacena en cada depósito, situado en el techo del tractor, a una presión de hasta 700 bar. Una pila de combustible de 100 kW lo utiliza para generar electricidad. La pila de combustible y una batería de reserva de 25 kWh alimentan el motor de propulsión eléctrico con una potencia continua de 100 kW y los consumidores auxiliares electrificados.
Los tractores sólo pueden utilizarse con una infraestructura adecuada de repostaje de hidrógeno. Los tractores repostan hasta 21 kg de hidrógeno en la estación de servicio especial, según un protocolo de repostaje especialmente definido. «El Fendt Helios realiza todos los trabajos que un tractor de potencia similar y un motor diésel debería realizar en las granjas. Estamos estudiando varios parámetros, como la potencia requerida y el consumo de energía del tractor para las diferentes tareas, así como los requisitos de infraestructura, como la estación de servicio", dice Benno Pichlmaier , Director Global Research & Advanced Engineering Agco.
«Las evaluaciones iniciales muestran que el tractor alcanza aproximadamente entre 5 y 8 horas de funcionamiento con un solo repostaje de hidrógeno, dependiendo de la aplicación. Este año se utilizará por primera vez el Fendt Helios en la cosecha. En esa ocasión podremos comprender mejor cómo los tractores de hidrógeno encajan en nuestra estrategia Fendt Clean Energy para soluciones de conducción sostenible, junto con las máquinas eléctricas de batería y los motores diésel con combustible HVO".
Steyr-CNH: sostenibilidad de extremo a extremo
Austria también está estudiando el hidrógeno para los tractores. Desarrollado en colaboración entre ingenieros de la planta de tractores CNH en St. Valentin (Austria) y la Universidad Técnica de Viena - TU Wien, recientemente hizo su debut público un innovador concepto de tractor Steyr® propulsado por pilas de combustible de hidrógeno.
El Fctrac (así se llama el tractor) se desarrolló en el marco de un proyecto de investigación nacional financiado por la Agencia Austríaca de Promoción de la Investigación (Ffg) y dirigido por el Instituto de Sistemas de Propulsión y Tecnología Automotriz (Ifa) de la Universidad Técnica de Viena. Basado en un tractor Steyr 4140 Expert Cvt estándar, el desarrollo fue una colaboración entre el equipo de ingeniería de CNH con sede en St. Valentin y sus socios científicos e industriales, que trabajaron juntos para diseñar, crear, homologar y probar el tractor y su energía de pila de combustible de hidrógeno. unidad.
El objetivo del proyecto del tractor de pila de combustible de hidrógeno Steyr Fctrac era la sostenibilidad de extremo a extremo, gracias a un módulo de BioH2 o biohidrógeno desarrollado para complementar el tractor. Este módulo produce hidrógeno a partir de materias primas y residuos biogénicos: se necesitan entre 15 y 16 kg de biomasa seca para producir hidrógeno, equivalente a aproximadamente 3,5 litros de diésel.
La unidad solo emite vapor de agua y no compromete la potencia: el tractor puede cumplir con los exigentes requisitos del trabajo agrícola de la misma manera que un equivalente con motor diésel. El Fctrac, equipado con una batería de alto voltaje de 14 kWh y un sistema eléctrico de 400 V, desarrolla 95 kW, equivalente al diésel. Los sistemas de pila de combustible y de propulsión eléctrica sustituyen al motor diésel, mientras que el depósito de combustible es sustituido por un sistema de almacenamiento de hidrógeno comprimido y una batería de alto voltaje.
«El Fctrac Steyr atrajo recientemente una considerable atención en el Palacio de Schönbrunn de Viena, sede del Premio Estatal de Tecnología de Austria, por el que fue nominado en la categoría 'Tecnologías de movilidad', una sección que premia a los más innovadores", afirma Marco Lombardi , responsable del Caso Marcas IH y Steyr EMEA. «La categoría se centra en la investigación y el desarrollo de tecnologías de movilidad sostenibles, climáticamente neutras e inteligentes. Tuvimos el placer de desempeñar un papel crucial, junto con TU Wien, en el desarrollo de Fctrac y fue un honor participar en la ceremonia.
Este tractor no sólo encarna el futuro sostenible al que aspira nuestra industria, sino que también fortalece la posición de CNH como líder en innovaciones en combustibles alternativos. Esperamos seguir trabajando en este apasionante proyecto”, concluyó.
Biohidrógeno = ¿un nuevo frente en la producción de la molécula?
En el párrafo anterior mencionamos el biohidrógeno. ¿Qué es exactamente?
Según la Asociación Europea de Biogás (Eba), el término biohidrógeno se refiere al hidrógeno obtenido de fuentes de origen biogénico como la biomasa y el biogás mediante una variedad de tecnologías diferentes. Las tecnologías para la producción de biohidrógeno son muchas y tienen características muy diferentes y se pueden agrupar en tres macrocategorías principales: termoquímica, biológica y electroquímica.
De particular importancia son las fuentes biogénicas y originales. Se trata principalmente de biomasa y biogás, por lo que en realidad existe un fuerte riesgo de competencia con la producción de biometano, que actualmente constituye un uso rentable de la biomasa, incluso para las empresas agrícolas. En sí mismo, el biohidrógeno no crea dependencia de los combustibles fósiles y puede producirse dondequiera que haya suficiente biomasa.
En el último informe “Hydrogen Innovation 2024” de la Universidad Politécnica de Milán se afirma que el potencial máximo teórico de biohidrógeno que se puede producir en Italia se sitúa entre 2,4 y 8,7 Mton al año, mucho más allá de lo previsto por los planes nacionales. Esta cantidad se calcula considerando el uso de toda la biomasa en Italia para la producción de biohidrógeno, pero sin duda es sólo un cálculo teórico porque restaría biomasa a otras producciones hoy más interesantes, tecnológicamente más avanzadas y rentables para la agricultura. Además, en general, pero especialmente en Italia, la madurez de la tecnología del biohidrógeno es todavía muy limitada, por lo que se encuentra en fase experimental. Así lo informa el estudio “Hydrogen Innovation 2024” del Politécnico de Milán.
Aún queda un largo camino
Lo descrito es indicativo de la situación actual de la evolución del uso del hidrógeno en la agricultura, como sustituto de los combustibles fósiles. Sin duda, se trata todavía de una tecnología experimental. Es bueno investigar y hablar de ello, pero no es una solución a la vuelta de la esquina, que podría representar una forma a corto plazo de descarbonizar la agricultura. El proceso de descarbonización de la agricultura, como otros sectores, tiene una urgencia muy apremiante y no puede esperar al hidrógeno. Para contribuir a la descarbonización, el hidrógeno debe producirse con energías renovables y no a partir de fuentes fósiles. Y para contribuir a la independencia energética debe ser de producción nacional o europea, no importada de terceros países. De lo contrario, tal vez sería mejor encontrar otras formas de descarbonizar.
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Diferencia entre biohidrógeno e hidrógeno verde
La principal diferencia entre el hidrógeno verde y el biohidrógeno radica en las fuentes y métodos de producción de estos dos tipos de hidrógeno, ambos considerados fuentes de energía sostenibles, pero con enfoques distintos. El hidrógeno verde se produce mediante la electrólisis del agua, un proceso que divide el agua (H₂O) en hidrógeno (H₂) y oxígeno (O₂) utilizando electricidad.
La característica clave del hidrógeno verde es que la electricidad utilizada para la electrólisis proviene de fuentes renovables, como la energía eólica, solar o hidroeléctrica. Esto convierte al hidrógeno verde en una fuente de energía limpia, ya que no produce emisiones de CO₂ durante el proceso de producción. El biohidrógeno, por su parte, se produce a partir de biomasa o materiales orgánicos mediante procesos biológicos, con diferentes tecnologías como, por ejemplo, la fermentación, la fotólisis o la gasificación de la biomasa. Sumado a un proceso de recuperación de CO 2 se convierte también en una producción baja en emisiones.
24-9-24--M.L.Doldi
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