El hidrógeno puede utilizarse como combustible directamente en motores como una alternativa limpia a los combustibles fósiles. Sus aplicaciones más habituales son el transporte marítimo, camiones pesados, trenes y aplicaciones industriales. A diferencia de los combustibles tradicionales, el residuo que sale por el tubo de escape no genera gases de efecto invernadero.
En los motores de combustión interna, el hidrógeno se quema en una cámara del motor. La energía liberada se utiliza para mover los pistones, que generan movimiento mecánico. Por otro lado, en una turbina, la energía de la combustión se convierte directamente en movimiento rotativo, sin necesidad del movimiento alternativo de los pistones. En este proceso, el combustible se quema en una cámara de combustión, y los gases resultantes se expanden a través de una serie de álabes giratorios, provocando el giro de la turbina. El único subproducto de la combustión del hidrógeno en la turbina es vapor de agua, lo que la convierte en una opción respetuosa con el medio ambiente y libre de emisiones de carbono.
La turbina de hidrógeno, un paso más allá del motor de combustión convencional
La historia de la turbina de hidrógeno se remonta a varias décadas atrás. Los experimentos iniciales del siglo XIX mostraron que al quemarse con el oxígeno únicamente se producía vapor de agua como subproducto. A medida que avanzaba el siglo XX se desarrollaron turbinas que utilizaban varios combustibles, incluido el hidrógeno y que se utilizaban principalmente en aplicaciones industriales y de generación de energía.
El ímpetu de las energías renovables y la necesidad de reducir las emisiones de carbono ha hecho que el empleo de hidrógeno verde en turbinas para la generación de electricidad haya ganado impulso en las últimas décadas, lográndose avances significativos en la tecnología que ahora son más eficientes y fiables
En una turbina de hidrógeno se utiliza este gas como combustible en lugar de los fósiles tradicionales, como el gas natural o el petróleo. El principio de funcionamiento es la reacción de combustión del hidrógeno con oxígeno en la cámara de combustión. Los gases de combustión resultantes se expanden rápidamente y son dirigidos hacia las palas de la turbina. Su movimiento rotativo se convierte en energía mecánica.
Esta energía mecánica puede ser utilizada directamente para impulsar un generador eléctrico acoplado al eje de la turbina que convierte la energía mecánica en energía eléctrica y que puede ser transmitida a la red eléctrica para su uso en hogares, industrias u otras aplicaciones. La única emisión de la combustión del hidrógeno es vapor de agua, lo que hace que las turbinas de hidrógeno sean una opción respetuosa con el medio ambiente y libre de emisiones de carbono.
Adicionalmente se necesita un sistema de control que regula la mezcla y la velocidad de la turbina y sistemas auxiliares de refrigeración, lubricación y filtrado.
Europa busca una alternativa sostenible con el proyecto FLEX4H2
El proyecto europeo FLEX4H2 (Flexible, Large-Scale and Cost-Effective Hydrogen Production Units Combined with Renewable Power Generation - Unidades de Producción de Hidrógeno Flexibles, a Gran Escala y Rentables Combinadas con Generación de Energía Renovable) tiene como objetivo desarrollar y demostrar tecnologías innovadoras para la generación de energía a partir de hidrógeno de manera flexible y sostenible.
Este proyecto busca abordar los desafíos asociados con la integración de la producción de hidrógeno en sistemas energéticos renovables, así como mejorar la eficiencia y reducir los costos de producción de hidrógeno.
Está financiado por el Programa Marco de Investigación e Innovación de la Unión Europea, Horizonte 2020, y cuenta con la participación de varias instituciones de investigación, empresas y organizaciones de diferentes países europeos. Se centra en el desarrollo de tecnologías de producción de hidrógeno flexibles y escalables que puedan integrarse de manera efectiva con fuentes de energía renovable, como la energía eólica y solar, para proporcionar soluciones energéticas sostenibles y contribuir a la descarbonización del sector energético.
Entre sus objetivos está demostrar que las turbinas de gas pueden operar de manera flexible utilizando una mezcla que puede alcanzar hasta el 100% de hidrógeno. Los desafíos técnicos a superar están la gestión de las altas temperaturas y tasas de combustión, así como la reducción de emisiones nocivas, como los óxidos de nitrógeno (NOx).
Las fases del proyecto son el desarrollo tecnológico, las pruebas, validación y optimización del sistema y la demostración final a escala completa en un entorno operativo real.
El primer ejemplo de turbina real
La turbina de hidrógeno de la italiana Ansaldo Energía, instalada en Alemania, era capaz de operar con una mezcla que contenía hasta un 49% de hidrógeno. Con el respaldo de este programa europeo ha desarrollado la GT36, con la que busca llevar el desarrollo tecnológico al punto en el que estas turbinas puedan operar exclusivamente con hidrógeno en los próximos tres años, cumpliendo así con las expectativas de un futuro energético más limpio y sostenible.
Tiene la capacidad de generar más de 560 MW de potencia, suficiente para alimentar aproximadamente 500.000 hogares. Gracias al diseño avanzado de su cámara de combustión, que incorpora sistemas adicionales para lograr eficiencias operativas superiores, la turbina ha demostrado una transición fluida de gas natural a hidrógeno, lo que subraya su versatilidad operativa y su importancia en los esfuerzos de Europa para abordar el cambio climático.
