Los automóviles equipados con motores eléctricos u otras soluciones de accionamiento alternativas están haciendo incursiones importantes. Los científicos del Centro de Investigación de Energía Solar e Hidrógeno Baden-Württemberg (ZSW) se propusieron desarrollar una estación de servicio adecuada para estos vehículos. Lanzado a mediados de febrero de 2018, este proyecto va a crear una ‘bomba’ de combustible para el futuro. Este dispensador entregará energía eléctrica renovable, hidrógeno y metano de la manera más eficiente, rentable y orientada a los objetivos posible. El Ministerio Federal de Asuntos Económicos y Energía financia este proyecto con alrededor de 1,3 M€. Se ejecutará durante cinco años como parte del QUARREE 100, una iniciativa para probar el suministro de energía totalmente renovable de un barrio urbano.

La movilidad vehicular seguramente cambiará notablemente en los próximos años. Muchos más autos funcionan con electricidad eólica y solar estarán pronto en las carreteras. Lo mismo ocurre con los vehículos de pila de combustible alimentados con hidrógeno renovable y vehículos de gas natural que funcionan con metano, otro combustible respetuoso con el clima producido mediante energía solar. La red de puntos de recarga y estaciones de servicio de hidrógeno se está expandiendo a gran escala. Algunas estaciones suministran electricidad e hidrógeno, pero ninguna suministra energía eléctrica, hidrógeno y metano. ZSW pretende cambiar eso con este proyecto.

Uso escalonado de energías renovables

Lo que los científicos de Stuttgart tienen en mente es desarrollar un dispensador de energía múltiple. La idea es usar la red eléctrica para cargar las baterías de los vehículos eléctricos con electricidad renovable procedente de parques eólicos y similares. Una batería estacionaria grande almacenará la energía no utilizada cuando el suministro es mayor que la demanda, y la dispensará cuando la demanda sea mayor que la oferta. “Si la batería está llena y la recarga de los vehículos eléctricos no puede agotarla, esta electricidad verde se convertirá en hidrógeno en un segundo paso,” explica el Dr. Ulrich Zuberbühler de ZSW. Los vehículos de pila de combustible funcionan con este tipo de energía. Y si la producción de hidrógeno excede la demanda, el excedente de gas entra en un tanque de almacenamiento.

La estación de servicio del futuro incluirá una tercera etapa para producir metano cuando el tanque de almacenamiento de hidrógeno esté lleno y la demanda de los vehículos de pila combustible sea baja. Luego se agregará CO₂ al hidrógeno para convertirlo en metano. Ambos gases reaccionan en un catalizador para formar metano. Este combustible es el componente principal del gas natural, por lo que los automóviles de gas natural pueden usarlo fácilmente. Si el reabastecimiento de combustible de los automóviles no agota el suministro de metano, el excedente de gas se almacena y luego se canaliza a la red de gas natural cuando el tanque de almacenamiento se llena.

“Con nuestro proyecto, el acoplamiento de la red eléctrica con la movilidad no se limitará a los vehículos eléctricos“, explica Zuberbühler. “Otras unidades de combustibles alternativos también se beneficiarán de eso.”

Los investigadores de ZSW están hablando sobre el uso escalonado de la energía renovable. Su prioridad es aprovechar al máximo los recursos al minimizar las pérdidas de energía. La primera etapa es la primera opción y permanece así hasta que se agote su potencial. El uso más eficiente de la electricidad regenerativa es alimentar los motores eléctricos. No se pierde una parte de la energía en la conversión y la pérdida del almacenamiento en las baterías no supera el 10%. Las etapas dos y tres, la conversión a hidrógeno y luego a metano, son solo una opción una vez que se ha satisfecho la demanda de energía eléctrica. La energía eléctrica puede convertirse en hidrógeno con una eficiencia de alrededor del 75%; la cifra para el metano es de aproximadamente el 60%. Estos gases son depósitos de energía de pérdida cero a largo plazo. La eficiencia aumenta en unos pocos puntos porcentuales cuando se utiliza el calor residual generado durante el proceso de conversión.

Esfuerzos para mejorar los componentes

Con este proyecto, ZSW tiene como objetivo mejorar la eficiencia, la vida útil y la rentabilidad de los dos componentes principales, un electrolizador alcalino de alta presión y un reactor de metanación de placas. Los científicos quieren avanzar en el estado del arte para ambos en una escala de 100 kW. La electrólisis y la síntesis de metano tendrán que realizarse por separado, lo que requiere alguna forma de de almacenamiento intermedio de hidrógeno. El instituto desarrollará un concepto para esto y evaluará su seguridad.

Los investigadores tienen tres años para desarrollar la tecnología, desarrollar un concepto de seguridad y aclarar todos los detalles para su aprobación. Los resultados se probarán en una instalación de demostración a partir de 2020.

Intensificando el acoplamiento sectorial

La electricidad verde representa alrededor de un tercio de la energía en la red eléctrica alemana, y su porcentaje está creciendo. Se espera que esta cifra aumente al 65% para 2030. El uso fuera de la red, por ejemplo, en los vehículos eléctricos y como combustible alternativo, ayudaría a que el sector del transporte sea más respetuoso con el clima. Poco progreso se ha hecho en este frente. Los combustibles alternativos como hidrógeno y metano también tienen grandes ventajas, y pueden servir como medios químicos para el almacenamiento de energía a largo plazo y sin pérdidas. Además de eso, se pueden inyectar en la red de gas natural de Alemania y se usan para calentar edificios sin dejar huella de carbono. El término acuñado para describir esta convergencia de electricidad, combustible y calefacción en todas las industrias es el acoplamiento sectorial.

La financiación de este proyecto forma parte de una iniciativa conjunta del Ministerio Federal de Educación e Investigación y el Ministerio Federal de Asuntos Económicos para promover la energía solar en proyectos de construcción y desarrollo urbano con eficiencia energética.

El Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (Centro de Investigación de Energía Solar e Hidrógeno Baden-Württemberg, ZSW) es uno de los principales institutos de investigación aplicada en las áreas de energía fotovoltaica, combustibles renovables, tecnología de baterías, pilas de combustible y análisis del sistema de energía. Actualmente hay alrededor de 235 científicos, ingenieros y técnicos empleados en las tres ubicaciones de ZSW en Stuttgart, Ulm y Widderstall. Además, hay 90 asistentes de investigación y estudiantes.