La urgencia de contar con recursos de energía renovables ha puesto los combustibles de hidrógeno en el foco mediático por ser una solución prometedora con la capacidad de transformar los sistemas de energía en todo el mundo. Se espera que, a finales de 2029, el mercado del hidrógeno supere los 260 000 millones de dólares, lo que abre innumerables oportunidades de investigación y de negocio en esta área. Usando los datos de la CAS Content Collection, llevamos a cabo un análisis de las tendencias globales en la investigación de los combustibles de hidrógeno. En esta entrada del blog, compartiremos algunos de los resultados más destacables. Tener una visión clara de este campo dinámico que evoluciona con rapidez es esencial para acelerar la investigación y aprovechar las oportunidades actuales y futuras en el mercado del hidrógeno.
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¿Qué es todo este ruido mediático sobre el hidrógeno?
El 90 % del suministro energético mundial procede de los combustibles fósiles. Nuestra dependencia de los combustibles fósiles, una fuente de energía no renovable, no es sostenible a largo plazo. A medida que la población mundial crece y que nuestra dependencia de los combustibles fósiles sigue agotando las limitadas reservas naturales, aumenta la preocupación sobre cómo se podrá satisfacer la demanda energética del mundo en el futuro. Además, los subproductos de los combustibles fósiles son perjudiciales para el medioambiente, ya que liberan toxinas, partículas en suspensión y unas emisiones de CO2 elevadas que contribuyen al calentamiento global.
A lo largo de las dos últimas décadas, la preocupación por la sostenibilidad y las consecuencias medioambientales ha incrementado el interés de los investigadores por encontrar recursos energéticos alternativos que sean limpios y puedan responder a la demanda energética creciente. Hay múltiples fuentes de energía sostenibles en uso y en desarrollo, como la solar, la eólica, la maremotérmica, la geotérmica y la biomasa, por nombrar solo algunas. Sin embargo, ninguna de ellas, por separado, tiene actualmente la capacidad de producir un suministro energético suficiente, fiable y rentable.
En la búsqueda de otras alternativas energéticas más escalables, el hidrógeno tiene un enorme potencial y se está convirtiendo en uno de los principales candidatos para acabar con la dependencia de los combustibles fósiles. El hidrógeno, que funciona a la vez como combustible y como portador de energía, también puede almacenar energía de diversas fuentes primarias, lo que amplía sus posibilidades como fuente de energía renovable frente a otras alternativas.
Tecnología de los combustibles a base de hidrógeno: beneficios, tendencias y éxitos recientes
La generación de energía a partir del hidrógeno se basa en un sistema de celdas de combustible que se desarrolló originalmente en la década de 1970. Una celda de combustible, que consta de un cátodo, un ánodo y un electrolito, produce energía eléctrica a partir de una reacción química entre el hidrógeno y el oxígeno. Como la reacción solo genera agua, electricidad y calor, el uso del hidrógeno no contribuye al efecto invernadero.
El Protocolo de Kioto, un tratado internacional suscrito por 192 países que han asumido el compromiso de reducir las emisiones con efecto invernadero, se estableció en 1997. Desde entonces, se han acelerado los esfuerzos dirigidos a explorar y desarrollar el hidrógeno como combustible alternativo. Nuestros datos demuestran un incremento constante del volumen de patentes en el espacio del combustible a base de hidrógeno desde 1997, lo que demuestra el creciente interés global por la comercialización de esta tecnología.
Mantenerse al tanto de las tendencias globales en el desarrollo de combustibles a base de hidrógeno puede ayudarle a tomar decisiones fundamentadas sobre inversiones de negocios, iniciar colaboraciones valiosas e identificar áreas activas (u oportunidades ocultas) en el panorama de investigación. La CAS Content Collection revela tendencias globales importantes en las prácticas de presentación de patentes e investigación en el campo del hidrógeno. Analizar estas tendencias desde una perspectiva geográfica y sectorial proporciona una visión más completa del mercado de los combustibles a base de hidrógeno.
Los datos de las patentes muestran que la región de Asia Pacífico produce el 66,7 % de las patentes sobre combustibles de hidrógeno de todo el mundo. Japón, líder global en la investigación sobre combustibles de hidrógeno, produjo un tercio de las invenciones, seguido a corta distancia por China. En cuanto a los segmentos, el sector de la automoción es el que más patentes genera en este espacio, ya que se está viendo directamente afectado por la transición a fuentes de energía renovables. En Europa, Estados Unidos y China, el tema más repetido en las patentes de combustible de hidrógeno fue “materiales para el almacenamiento de hidrógeno”, seguido de cerca por “celdas de combustible”, lo que pone de manifiesto el interés por estas aplicaciones en el sector del transporte, así como en la climatización comercial y residencial.
De hecho, varios países han celebrado recientemente éxitos en la introducción de la tecnología de combustibles de hidrógeno en aplicaciones de transporte público. Por ejemplo, dos trenes que usan el hidrógeno como combustible entraron en servicio en el norte de Alemania en 2019 para reducir las emisiones de CO2 derivadas del transporte convencional, que usa el gasóleo como combustible. Por otra parte, en las Olimpiadas de Verano que se celebraron en 2021 en Japón, se emplearon autobuses con combustible de hidrógeno para transportar a los atletas.
La investigación busca respuestas a los desafíos
A pesar de sus ventajas y su potencial, el campo de la tecnología de hidrógeno se enfrenta a varios retos que obstaculizan su aplicación inmediata a gran escala. Uno de los principales problemas es el coste. El uso de platino en las celdas de combustible encarece la generación del hidrógeno y crea la necesidad de que la comunidad científica explore alternativas rentables. Reducir el coste de los sistemas de hidrógeno y desarrollar métodos de fabricación económicos es esencial si se quiere competir con los sistemas de petróleo de bajo coste ya establecidos.
Sin embargo, la principal barrera actual para el desarrollo de la tecnología de combustible de hidrógeno es la dificultad de su almacenamiento. El hidrógeno es un elemento ligero varias veces menos denso que los combustibles convencionales. Evitar las fugas debidas a la permeabilidad del gas presurizado requiere el uso de materiales de alta calidad en la construcción de los tanques de almacenamiento. Encontrar el equilibrio adecuado entre durabilidad y peso en los sistemas de almacenamiento de hidrógeno ha sido complicado.
El éxito del hidrógeno como combustible de consumo depende directamente de la identificación de materiales de almacenamiento robustos y del desarrollo de un sistema de transporte seguro y optimizado. Como resultado, el almacenamiento del gas de hidrógeno ha sido una de las principales áreas de investigación en el panorama global desde 2009, seguida, en los últimos años, por la deshidrogenación. La estrategia de deshidrogenación resuelve el problema del almacenamiento utilizando las insfraestructuras de almacenamiento y transporte ya establecidas para el amoniaco y el metilciclohexano. Si se cuenta con procesos que permitan extraer el hidrógeno del amoniaco y el metilciclohexano, estos sistemas pueden resultar más rentables que la manipulación del hidrógeno puro.
Ante el rápido crecimiento de la tecnología del hidrógeno, que está llamada a desempeñar un papel crucial en la transición del mundo hacia las energías renovables, es esencial que las organizaciones de los segmentos afectados estén al tanto de las tendencias de investigación relacionadas. Para obtener más información sobre las oportunidades que están surgiendo en este espacio, descargue nuestro informe detallado sobre los combustibles de hidrógeno.
