Colegio Oficial de Ingenieros Navales y Oceánicos

Resumen de la conferencia: «H2 la energía del futuro. Claves tecnológicas, estado actual y oportunidades en el sector marítimo»

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El pasado lunes 15 de junio, el Colegio de Ingenieros Navales y Oceánicos, organizó para todos sus colegiados la conferencia titulada “H2 la energía del futuro. Claves tecnológicas, estado actual y oportunidades en el sector marítimo”, que contó con una gran acogida.

José de Lara agradeció a Oscar Fernández Isla, de la empresa SIEMENS, la iniciativa y la coordinación y organización.

Durante esta conferencia se presentaron los avances y desarrollos tecnológicos además de abordarse cómo establecer las necesidades del sector marítimo para que sean consideradas en la hoja de ruta de las políticas del gobierno de España en lo que respecta a la ingeniería naval y sector marítimo.

El Ministerio para la Transición Ecológica y Reto Demográfico (MITECO) abrió los procesos de consulta pública previa de la “Estrategia de Almacenamiento” y la “Hoja de Ruta de Hidrógeno Renovable”, dos documentos necesarios para alcanzar los objetivos fijados en el Plan Nacional Integrado de Energía y Clima (PNIEC) 2021-2030 y, con ello, mejorar la competitividad de los sectores económicos del país y avanzar hacia la consecución de la neutralidad climática en 2050, en línea con la declaración de energía climática del Gobierno de España, el Acuerdo de París y el consenso científico y social en torno a la acción climática.

José de Lara, Decano del COIN y Federico Esteve, Presidente de Honor del CME, inauguraron y presentaron esta conferencia en la que destacaron que el hidrógeno es clave, considerado como el nuevo petróleo, para aquellos sectores en los que no puedan usar otro combustible que no sea renovable (como el caso de la aviación). El sector marítimo ya cuenta con algunos ferries que usan hidrógeno o buques de suministro de hidrógeno líquido y sigue avanzando para hacer realidad esta opción.

También destacaron el relevante papel que están jugando y jugarán los Ingenieros Navales y Oceánicos en el desarrollo e implementación de las nuevas tecnologías asociados al Hidrógeno y la importancia de la unión y colaboración entre profesionales e industria.

“H2 en buques”, por Alejandro Zorzo (ABB).

ABB apuesta por el hidrógeno (H2), como la solución más prometedora a día de hoy y para un futuro próximo, como combustible para la propulsión de buques. La reglamentación está dirigiendo el camino hacia la reducción de las emisiones de CO2 y el hidrógeno ayudaría a cumplirla.

Los primeros pasos que dió ABB se dieron en el ámbito de la conexión a tierra y donde más se ha avanzado ha sido en buques que realizan rutas próximas a la costa. ¿Qué se busca? Alejandro apuntaba que: «a poder propulsar buques más grandes», es decir, hacer escalable esta tecnología (con potencias menores a 1MW ya se está aplicando y se trabaja en pilas de 4 MW) y apuntaba cuáles son los problemas a los que se enfrentan: la optimización de los costes, el poder cumplir con la normativa o a la integración de los múltiples subsistemas necesarios. ABB está trabajando hacia sistemas de baterías y paralelamente está estudiando las células de combustible (PEM). Tampoco descuida la producción de hidrógeno con amoniaco, metanol, con energía eólica, etc. No solo la pila de hidrógeno cumple con la reglamentación, también los combustibles sintéticos, el amoniaco o futuros combustibles serían viables, y por ello, los sistemas de propulsión híbridos (plantas híbridas con baterías o con células), que ya se están probando en algunos rompehielos, cruceros, ferries, yates y/o buques offshore se están desarrollando como otra solución.

En el sector hay tres tecnologías prometedoras, apuntaba: las pilas de combustible de electrolito polimérico (PEMFC, siglas en inglés de Proton Exchange Membrane Fuel Cells o Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cells), que se usa en coches, trenes, autobuses, etc.; las HT-PEMFC (high temperature proton exchange membrane fuel cell); y por último las pilas de combustible de óxido sólido (SOFC, siglas en inglés de Solid Oxide Fuel Cells) aún queda mucho por desarrollar. Tras comentar las ventajas describió la estructura del sistema a bordo de los buques, y siguió describiendo otros de los retos en los que se está trabajando, como es la producción o el almacenamiento a bordo del hidrógeno (principalmente comprimido) y las consecuentes dificultades de este último si no se disponen de estaciones de suministro en la costa.

Finalmente, describió brevemente los proyectos en los que han estado involucrados: 

  • 2007: prototipo de una célula de 100 kW en un oceanográfico
  • 2017: en un buque de pasaje de Royal Caribbean
  • 2017: oceanográfico finlandés Maranda, proyecto financiado por la UE H2020, equipado con dos células de 200 kW.
  • 2019: proyecto Flagships, empujador de 400 kW.

 

“Uso de H2 en puertos”, por Mercedes de Juan (Puerto de Valencia)

La ponencia se centró en la descripción del proyecto H2Ports (Implementing Fuel Cells and Hydrogen Technologies in Ports), coordinado por la Fundación Valenciaport, en estrecha colaboración con la Autoridad Portuaria de Valencia, y financiado por el programa Fuel Cell and Hydrogen Joint Undertaking (FCH JU).

Este proyecto busca demostrar y validar en el puerto de Valencia soluciones innovadoras para las operaciones portuarias: una reach stacker de carga/descarga y transporte de contenedores, alimentada con hidrógeno; una cabeza tractora de terminal para operaciones ro-ro, propulsada por pilas de hidrógeno y una estación móvil de suministro de hidrógeno que proporcionará el combustible necesario para garantizar los ciclos de trabajo continuos de los equipos antes mencionados y que en la fase inicial del proyecto trabajará en las terminales de Grimaldi (Valencia Terminal Europa) y de MSC del puerto de Valencia.

Mercedes destacó la posibilidad de aglutinar la demanda en el puerto (escenario idóneo, remarcó), creando en él la instalación completa de producción (incluso con renovables) y suministro a trenes, buques, ciudad, etc. algo que con el GNL no se ha sido capaz de hacer. En este proyecto, la estación de suministro de hidrógeno (con un solo tanque) se está desarrollado 100% con tecnología propia.

El proyecto H2Ports también comprende una serie de objetivos transversales mediante la realización de estudios de viabilidad, como son: 

  • resolver los costes logísticos (definir la cadena logística más adecuada para el suministro de H2. Estimación de la demanda potencial agregada. 
  • análisis de la normativa, todos los aspectos relacionados con la seguridad. Estudiar el proceso de obtención de permisos. 
  • Y por último, evaluar la viabilidad financiera. Proponer un camino para la introducción de las pilas de combustible en el sector marítimo portuario. Definir los escenarios de implementación más probables.

Esta tecnología es muy cara, apuntaba, y como solución para reducir costes y distribuir sobrecostes se plantea modelos conjuntos. Debido a la Covid-19 están sufriendo pequeños retrasos pero esperan que los prototipos comiencen a trabajar en breve y los resultados finales del proyecto se esperan para 2022.

 

El H2 en la construcción naval”, por Jorge Dahl (DNV GL).

DNV GL emplea el 5% en programas de desarrollo e investigación. Para esta sociedad de clasificación, el futuro de la propulsión naval pasa sí o sí por el hidrógeno. Comenzó hablando sobre los desafíos en el sector naval. A saber: aspectos técnicos, de seguridad, de reglamentación, económicos y madurez. De todas las tecnologías, la más desarrollada es la de las pilas de combustible, como ha publicado DNV GL en sus informes sobre esta materia. 

Hizo un breve repaso de los inicios de esta tecnología en tierra y su evolución hacia el transporte marítimo. Siguió con la situación de la normativa actual, la cual no incluye al hidrógeno y la parte aplicable del Código IGF (Parte A) requiere que se sigue un enfoque de «diseño alternativo». El proceso de aprobación de un “diseño alternativo” requiere de un esfuerzo considerable en tiempo, recursos y medios, un proceso de calificación tecnológica (distinto en cada caso), una evaluación de riesgos (HAZID), y la demostración del cumplimineto de 18 requisitos funcionales específicos. Todo ello con el objeto de demostrar que la seguridad es equivalente a la de los sistemas convencionales y obtener la aprobación de clase y de bandera. Por último, repasó los riesgos del hidrógeno (incoloro, inodoro, no es tóxico, arde con llama no visible y tiene un alto poder de propagación) a considerar para su instalación a bordo.

A continuación explicó la situación del proyecto Marhysafe – Maritime Hydrogen Safety JDP, que actualmente se encuentra en la primera fase de un total de seis paquetes de trabajo, en la que se está desarrollando un borrador de reglas para los buques propulsados con hidrógeno, en la que se recoja y sintetice el conocimiento disponible, ofrezca orientación, sirva de guía para reducir costes, pruebas y análisis sin comprometer la seguridad, identifique la necesidad de investigación y pruebas adicionales y por último, que desarrolle una propuesta de I + D que cubra la fase 2 para asegurar la financiación pública.

En este proyecto internacional están implicados la Autoridad Marítima Noruega, la Administración Pública de carreteras de Noruega y la Agencia noruega en materia de defensa (NDMA) como socios públicos. Y entre sus socios privados se encuentran: Equinor, Scandlines, UMOE, Air Liquide, HySeas Energy, Fincantieri, Deadships, Linde, Kawasaki, Hexagon, Standards Council of Canada, etc.

Entre sus conclusiones destacó que si queremos que el H2 sea el futuro, hace falta una infraestructura portuaria que lo respalde y más proyectos de investigación para desarrollar la tecnología y la reglamentación.

 

“H2 desde el punto de vista de las ingenierías”, por Roberto Fernández (SENER) y Mª Ángeles López (SENER).

Los retos tecnológicos a los que se enfrenta la industria para el desarrollo de este campo, se recogen en cuatro ámbitos:

  • transporte y almacenaje: ¿en qué estado? comprimido o licuado, ya que cada uno tiene unos costes asociados adicionales importantes tanto económicos como medioambientales. ¿Mejor lo producidos a bordo? con ello, se eliminan los costes asociados a la licuefacción, el transporte, y es un hidrógeno verde. Esta opción es la que ha desarrollado Sener y comentó las grandes ventajas entre las que destacó que se ahorra un espacio de 5,2 veces en el caso de hidrógeno comprimido y de 2,2 veces en el caso de hidrógeno en estado líquido, el uso de tanques estructurales, etc.
  • propulsión: hizo diferencia entre tres tipos: celda de combustible de hidrógeno más propulsión eléctrica; motor que queme como combustible hidrógeno y por último la turbina de hidrógeno.
  • suministro y productos derivados: aquí mencionó el desarrollo de análisis FEM, del diseño estructural de la carga, de los tanques, de los sistemas de suministro, y destacó el trabajo desarrollado por Sener para un proyecto de un remolcador tractor (no remolcador) más barcaza para Venecia (Italia). 
  • desarrollo de una planta de potencia: plantea Sener que podría existir un producto que fuera una planta como solución versátil y limpia para ofrecer energía en situaciones temporales, como ya se ha dado en el caso del GNL por ejemplo, el proyecto FSRU 20.000 m3 desarrollado por Sener. 

 

“El H2 y el usuario final”, por Juan Carlos Inglés (FCC).

Juan Carlos comenzó su intervención destacando que se han enfrentado a los mismos problemas a pesar de ser un sector tan diferente al marítimo. Siempre han buscado el ahorro energético buscando soluciones que sus clientes reclamaban y la reducción de emisiones como consecuencia a la normativa que va entrando en vigor en materia de medioambiente. Todo esto ha promovido evolucionar y llevar a cabo inversiones para apostar por el hidrógeno como combustible.

Actualmente están involucrados en el proyecto Ventesu (comprende el desarrollo de un camión) y del que destacó que el mayor problema al que se enfrentan es del del coste. Destacó que principalmente se trabajan en proyectos de I+D y que existen algún que otro prototipo.

Por último, mostró como un ejemplo una de las embarcaciones para la limpieza de las aguas de playas, costas y puertos. Apuntó que en un futuro podrían instalarse pilas de hidrógeno, que cumplirían perfectamente con las necesidades de sus operaciones de trabajo (que se desarrollan a una velocidad de unos 4 nudos) y podrían ofrecer potencia suficiente para la navegación (aproximadamente a 10 – 15 nudos). 

 

Producción de H2 Verde”, por Oscar Fernández Isla (Siemens).

Oscar comenzaba su intervención apuntando que el almacenamiento de grandes cantidades de energía durante mucho tiempo será el problema al que se enfrentará en el futuro los países. Transformar la energía mediante un proceso químico a bajo coste parece ser la opción más asequible. A día de hoy la demanda actual de hidrógeno está en 70 millones de toneladas.

Tras explicar por qué el hidrógeno es un vector energético explicando desde su generación, pasando por su conversión/almacenamiento y terminando por sus aplicaciones, continuó explicando las diferentes formas de obtener H2:

  • electrólisis (ruptura de la molécula de agua mediante energía eléctrica), la más habitual pero produce dióxido de carbono.
  • reformado con vapor y tecnologías similares (ruptura de hidrocarburos o de alcoholes mediante energía térmica y vapor de agua)
  • Gasificación (ruptura de hidrocarburos pesados o biomasa en hidrógeno y gases para reformado)
  • ciclos termodinámicos (ruptura de la molécula de agua utilizando calor residual a alta temperatura: nuclear o solar controlada)
  • otros procesos químicos de descomposición (ruptura termodinámica de la molécula de agua mediante ciclos a temperaturas medias)
  • procesos biológicos (algas y bacterias que producen hidrógeno en ciertas condiciones).

Se centró en las tres principales tecnologías de electrólisis: la alcalina, la PEM y la de alta temperatura (es reversible pero está en fase de laboratorio). Las comparó y analizó las ventajas y desventajas de cada una. Por último, explicó con más detalle las características del electrolizador Sylizer.

 

Las dos últimas ponencias de esta conferencia fueron  “Normativa aplicable al H2”, por Begoña Vilar (Capitanía de Cádiz) y “H2 y Reales decretos”, por  Ángel Fernández (Ministerio de Hacienda), en las que se hizo un repaso a la normativa actual y el marco de implementación de los combustibles alternativos por parte de Begoña y un resumen de la situación actual de las ayudas y políticas de financiación en nuestro país y en otros países del mundo para ayudar al desarrollo de esta tecnología por parte de Ángel.

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