GNC+H2: COMBUSTIBLE ALTERNATIVO PARA UN FUTURO SUSTENTABLE EN ARGENTINA

En el contexto actual de agotamiento de las reservas de combustibles fósiles, los impactos ambientales e inestabilidades socioeconómicas y políticas que éstos encarnan al generarse una fuerte dependencia hacia ellos, el crecimiento de la demanda de energía acompañado del aumento inusitado del parque automotor junto con el proceso de reindustrialización que vive nuestro país y la necesidad de reducir la emisión de gases de efecto invernadero, han alentado y siguen alentando el desarrollo de combustibles híbridos alternativos tal como el que se discute en este artículo. 

En consonancia con el regreso de la democracia, hace 30 años, se sentaron las bases para que Argentina se convirtiera en un país de vanguardia en el uso del Gas Natural (GN), mediante la implementación del Plan Nacional de Sustitución de Combustibles Líquidos, sucedida en el transcurso del año 1983. Actualmente, esto se evidencia en la participación de alrededor del 50% de este combustible fósil en la matriz de producción de energías primarias. Cerca del 7% del combustible se utiliza como Gas Natural Comprimido (GNC) en el sector transporte, abasteciendo un parque automotor cercano a los 2 millones de vehículos, mientras que el 33% se destina a la generación eléctrica en centrales térmicas. Respecto al GNC, esta situación ha conducido a un fuerte desarrollo de infraestructura y tecnologías asociadas a su utilización que han posicionado categóricamente al país en este rubro a nivel de exportaciones en el mercado internacional.

A su vez, estas circunstancias plantean una posibilidad en la cual el país también puede constituirse en pionero. Nos referimos al corte de GNC con hidrógeno, persiguiendo una intención alineada, en algunos aspectos, con el corte de combustibles líquidos a través de biocombustibles. Si bien el hidrógeno se puede producir mediante diversas fuentes de energías primarias, una situación estratégica se visualiza vinculando su producción al uso de fuentes renovables (FR), permitiendo mayor racionalidad en el consumo de Gas Natural, cuya naturaleza es no renovable, y dando lugar al avance de Generación Distribuida (GD) de energía. Sobre este último asunto volveremos más adelante.

Para ilustrar el futuro promisorio que encarnan las fuentes renovables en nuestro país para la generación de hidrógeno, en la Figura 1 se muestran los mapas de potencial de producción anual de hidrógeno a partir de energía eólica, energía solar y biomasa, en cada departamento y por unidad de área. Para la confección de estos mapas, se utilizaron las siguientes bases de datos y parámetros:

• Caso eólico: Bases de datos del Sistema de Información Geográfica – Mapa Eólico Nacional (SIGE) realizado por el Ministerio de Planificación Federal, Inversión y Servicios Públicos de la Nación y el Centro Regional de Energía Eólica (CREE) de la provincia de Chubut. Tasa de producción electrolítica de 52,5 kWh/kg de hidrógeno, densidad de potencia nominal instalada de 5 MW/km2 de aerogeneradores IMPSA IWP-83 de 2,1 MW (como los instalados en el Parque Eólico Arauco del Valle de La Puerta, La Rioja)
• Caso solar: Bases de datos del Atlas de Energía Solar de la República Argentina, realizado por los Doctores Hugo Grossi Gallegos y Raúl Righini de la Universidad Nacional de Luján. Tasa de producción electrolítica de 52,5 kWh/kg de hidrógeno, 9500 paneles fotovoltaicos de 222 W de potencia nominal (cantidad equivalente a una capacidad instalada de 2,1 MW nominal, comparable a un aerogenerador como el propuesto más arriba en el caso eólico), de 1,63 m² de superficie, con una eficiencia de 13,4%. El área efectiva ocupada por los paneles ocupa el 4,5% del total de los terrenos aptos para emprendimientos solares.
• Caso biomasa: Bases de datos del Mapa de Oferta de Biomasa Seca de Argentina, resultado del análisis espacial de la producción y consumo de biocombustibles que realizó, conjuntamente con la FAO, un grupo interinstitucional de profesionales del Estado de la Nación Argentina mediante la metodología denominada WISDOM (por sus siglas en inglés de Mapeo de Oferta y Demanda Integrada de Dendrocombustibles). Producción de hidrógeno vía gasificación, con una tasa de conversión de 13 kg BS/kg H₂.

Figura 1. Potenciales de producción de hidrógeno anual a partir de energías renovables (eólica, solar y biomasa) por área de departamento, en Argentina, en unidades de Tons/km²/año.

Los resultados advierten escenarios muy favorables para una economía del hidrógeno en Argentina a partir de fuentes renovables. Pero además de la disponibilidad, tal como se observa en los mapas, la distribución geoespacial de estas FR (complementándose geográficamente entre sí) implica, como mencionamos antes, una inmensa oportunidad para el avance de la generación distribuida en las políticas energéticas, significando una mayor desconcentración, redistribución, autoabastecimiento y democratización de la matriz energética y, como consecuencia directa de esto, una mayor regionalización de la producción y la economía.

Precisamente el auge de la GD, esto es la generación o el almacenamiento de energía eléctrica a pequeña escala, cercana al centro de consumo y con la opción de interactuar (comprar o vender) con la red eléctrica, está fomentada por el uso de las FR con la finalidad de reducir la dependencia de los combustibles fósiles.

No obstante, dado que en todo momento el sistema de control de generación debe balancear generación y consumo, cuando una cantidad importante de FR se incorpora a la red, se reduce la posibilidad de control del mismo. Esto se debe a la naturaleza intermitente de los recursos eólico y solar, dando lugar a condiciones en las cuales la generación excede o es menor a la demanda. Una estrategia tendiente a resolver este problema, es el desarrollo de sistemas que almacenen los excesos de energía y provean la misma cuando el recurso está reducido.

Es aquí donde el hidrógeno juega un papel preponderante, como candidato a producirse mediante electrólisis de agua con electricidad limpia proveniente de los excedentes de energía de FR, pudiendo almacenarse, transportarse, distribuirse y disponerse para su uso posterior en el momento y el lugar deseados.

Una forma innovadora para almacenar y transportar grandes cantidades de energía es la  mezcla con gas natural (GN) en la infraestructura existente, es decir, la red de gasoductos y sus instalaciones asociadas de almacenamiento subterráneo. La energía almacenada no se restringe al sitio de generación. Separar generación y utilización ofrece a los operadores de redes eléctricas más flexibilidad y por lo tanto una mayor eficiencia general del sistema, debido a que el hidrógeno se puede almacenar y realimentar a la red a través de las celdas de combustible o, de forma inmediata, se lo puede colocar en la red de GN.

No sólo como ejemplos interesantes que nos permiten imaginar y soñar con un futuro más sustentable, sino también como desarrollos concretos que desafían los límites de las posibilidades y oportunidades que encarna el GNC+H₂ en nuestro país, cabe mencionar y detallar algunos ensayos y prototipos muy interesantes relacionados al uso de este combustible para transporte, que quizá no sean tan conocidos en la sociedad. Dos experiencias realmente importantes se encuentran en el sur, con la Planta Experimental de Pico Truncado y la Planta de Hidrógeno HYCHICO.

Planta Experimental de Pico Truncado

La Planta Experimental de Hidrógeno de Pico Truncado, ubicada en un predio de dos hectáreas (equivalente a dos canchas de fútbol) y una superficie cubierta de 800 m², se inauguró en diciembre del 2005. El parque eólico Jorge Romanutti ubicado en cercanías de la misma, cuenta con cuatro aerogeneradores de 600 kW cada uno, dando una potencia total instalada de 2,4 MW. Pero antes, los experimentos ya habían comenzado con un prototipo de automóvil, un Renault 9 funcionando a hidrógeno… ¡puro! Luego de esta experiencia, se consiguió el funcionamiento de una camioneta con mezcla de GNC e hidrógeno producido en la planta. Posteriormente la municipalidad se dotó de dos vehículos más (un Gol y una Kangoo) y finalmente la Seccional Primera de la Policía de Pico Truncado también adquirió dos autos “híbridos” (un Gol y un Corsa).

Actualmente, una empleada de la planta cuenta con su vehículo funcionando con la mezcla gaseosa, gracias a una reciente adaptación, de “hidrogas”: esto es, 1,5% (en masa) de hidrógeno en GNC, lo que representa un 12% en volumen. La planta está a punto de entrar en una etapa industrial; ya está instalado un electrolizador capaz de generar altos caudales del gas (100 m³/h a 18 bar), para luego almacenarlo a presión (170 bares) y mezclarlo con el GNC para su futuro uso. El oxígeno producido por la electrólisis, de calidad medicinal, será entregado al hospital de la ciudad.

Planta de Hidrógeno HYCHICO

A unos 20 km de la ciudad de Comodoro Rivadavia, en Diadema, se encuentra HYCHICO S.A., empresa relacionada con la petrolera CAPSA. HYCHICO, fundada en 2006, se dedica a la generación de energía con fuentes renovables (energía eólica) y la producción de hidrógeno. El Parque Eólico Diadema está compuesto por siete aerogeneradores Enercon E-44 de 900 KW, sumando una potencia nominal total de 6,3 MW. El parque eólico debutó su operación en 2011 y entrega energía al SADI (Sistema Argentino de Interconexión). Presenta la particularidad de tener un factor de capacidad alto. Y eso, ¿qué es? Es básicamente, la relación entre la energía real generada por un aerogenerador a lo largo de un año y la energía teórica que se podría generar, si éste estuviera funcionando a potencia nominal todo el tiempo. Por ejemplo, si de las 8760 horas que tiene el año, se generó durante 4500, entonces el factor de capacidad es de 4500/8760 = 51%! Un muy buen factor de capacidad para un parque eólico, se da cuando éste es superior a 40%.

La planta cuenta con dos electrolizadores – que toman energía de una red interna propia – con  capacidad total de 120 Nm³/h de hidrógeno. El hidrógeno generado y mezclado con GN alimenta un motor de combustión interna específicamente desarrollado para operar esta mezcla, lo que mejora su rendimiento y evita las emisiones nocivas para el ambiente como los famosos NOx.

Además, habiendo acumulado experiencia en esta área, HYCHICO investiga temas muy interesantes en el campo del hidrógeno, tales como:

–    Analizar el funcionamiento de los electrolizadores a régimen variable (al contrario del régimen actual, continuo), como es el caso cuando están acoplados directamente a aerogeneradores;

–    Estudiar la posibilidad de almacenar el hidrógeno en reservorios subterráneos, grandes cuevas usadas antiguamente como reservas de gas y petróleo;

–    Evaluar opciones de transporte de hidrógeno a través de ductos elaborados con materiales innovadores, que permitan conectar el lugar de producción al de almacenamiento de hidrógeno.

Pero entonces, ¿qué beneficios tiene la utilización de esta mezcla de GNC + H2?

En general, este combustible mixto se considera como una tecnología puente hacia una economía del hidrógeno, que fomenta a su vez el crecimiento de las fuentes sustentables de energía. En particular, el escenario descripto más arriba en relación al desarrollo de la industria y la infraestructura existente de GNC en nuestro país, proporciona más ventajas comparativas a esta innovación tecnológica. Esto conduce a una verdadera oportunidad en la búsqueda tanto de soberanía y autoabastecimiento energético en la región, como de combustibles más limpios y amigables con el medio ambiente.

En un plano técnico – científico, cabe resaltar que ya está rigurosamente comprobado que el agregado de 20% en volumen de H₂ al GNC, en las condiciones apropiadas, por un lado aumenta la eficiencia térmica de los motores de combustión interna adaptados para este tipo de combustibles híbridos y, por otro lado, disminuye la emisión de gases de efecto invernadero como CO, CO₂ e hidrocarburos no quemados en la combustión. Con respecto a los NO_x, existen métodos efectivos basados en la Recirculación de los Gases de Escape o el Avance del Encendido del Motor para disminuir la emisión de estos gases, sin comprometer la potencia del motor.

Consideraciones finales

Al igual que la electricidad, el hidrógeno se puede producir a partir de variadas fuentes de energía y como el hidrógeno se puede extraer del agua usando electricidad (mediante el proceso de electrólisis), cualquier camino renovable a la electricidad lo es también al hidrógeno. En este sentido, se pueden considerar como vectores de energía intercambiables y complementarios.

En suma, podemos indicar que estamos en el umbral de la implementación de un nuevo vector de energía, que utilizado como combustible presenta características estratégicas tendientes a la creación de condiciones adecuadas para el advenimiento de la futura Economía del Hidrógeno. Cumpliendo 30 años de democracia ininterrumpida, nuestro desafío para el país es ponerse a la altura de las circunstancias, animarse a innovar y ser lo suficientemente emprendedores como para acompañar el crecimiento de esta nueva economía.