Infraestructura de hidrógeno

Una autopista de hidrógeno es una cadena de estaciones de servicio equipadas con hidrógeno y otras infraestructuras a lo largo de una carretera o autopista que permiten la circulación de vehículos de hidrógeno .

Las estaciones de hidrógeno que no se encuentran cerca de un gasoducto reciben el suministro de tanques de hidrógeno mediante remolques cisterna de hidrógeno comprimido , remolques cisterna de hidrógeno líquido , camiones cisterna de hidrógeno líquido o producción propia in situ. Algunos gobiernos han apoyado iniciativas para ampliar la infraestructura de combustible de hidrógeno en el estado estadounidense de California, en algunos estados miembros de la Unión Europea, en Japón y en otros lugares.

El transporte de hidrógeno por gasoductos puede utilizarse para conectar el punto de producción o distribución de hidrógeno con el punto de demanda. ^{[ 8 ]} Según un informe de investigación de 2024, Estados Unidos contaba con 1600 millas (2570 kilómetros) de gasoductos de hidrógeno, y el total mundial ascendía a 2800 millas (4500 kilómetros). ^{[ 9 ]} Sin embargo, el Foro Económico Mundial , en diciembre de 2023, estimó que Europa disponía de aproximadamente 1600 kilómetros de gasoductos de hidrógeno. ^{[ 10 ]}

La fragilización por hidrógeno (una reducción en la ductilidad de un metal debido al hidrógeno absorbido) ocurre principalmente con hidrógeno "difusible", es decir, átomos o iones. Sin embargo, el hidrógeno gaseoso es molecular (H₂ ₎ , y existe una barrera energética significativa para dividirlo en átomos. ^{[ 11 ] [ 12 ]}

El 98% de la producción de hidrógeno utiliza el método de reformado con vapor . ^{[ 13 ]} También se utilizan métodos como la electrólisis del agua . ^{[ 14 ]} Se afirma que la instalación más grande del mundo para producir combustible de hidrógeno electrolítico es ^{[ 15 ]} el Campo de Investigación de Energía de Hidrógeno de Fukushima (FH2R), una unidad de producción de hidrógeno de 10 MW, inaugurada el 7 de marzo de 2020 en Namie , Prefectura de Fukushima . ^{[ 16 ]} El sitio ocupa 180 000 metros cuadrados de terreno, gran parte del cual está ocupado por un conjunto de paneles solares ; pero también se utiliza energía de la red para llevar a cabo la electrólisis del agua para producir combustible de hidrógeno . ^{[ 15 ]}

• 1938 – Rin-Ruhr. Los primeros 240 km (150 millas) de tuberías de hidrógeno construidas con acero para tuberías convencionales, con una presión de hidrógeno comprimido de 210–20 bares (21 000–2000 kPa) y un diámetro de 250–300 milímetros (9,8–11,8 pulgadas) . Todavía en funcionamiento. ^{[ 17 ] [ 18 ]}    
• 1973 – Oleoducto de 30 km (19 millas) en Isbergues , Francia . ^{[ 19 ]}  
• 1985 – Ampliación del oleoducto de Isbergues a Zeebrugge.
• 1997 – Conexión del oleoducto con Róterdam
• 1997 – 2000: Desarrollo de dos redes de hidrógeno, una cerca de Corpus Christi , Texas , y otra entre Freeport y Texas City .
• 2009 – Extensión de 150 millas (240 km) del oleoducto desde Plaquemine hasta Chalmette . ^{[ 20 ]}  

El transporte de hidrógeno por tuberías se utiliza a veces para transportar hidrógeno desde el punto de producción o entrega hasta el punto de demanda. Aunque el transporte de hidrógeno por tuberías está tecnológicamente maduro, ^{[ 21 ] [ 22 ]} la mayor parte del hidrógeno se produce en el lugar de demanda, con una planta de producción industrial cada 50 a 100 millas (80 a 161 km) ^{[ 23 ].} 

Para tuberías de metal de proceso a presiones de hasta 7000 psi (48 MPa) , se prefiere la tubería de acero inoxidable de alta pureza con una dureza máxima de 80 HRB . ^{[ 24 ]} Esto se debe a que las durezas más altas se asocian con una menor tenacidad a la fractura , por lo que un acero más resistente y de mayor dureza es menos seguro.  

Las tuberías compuestas se evalúan de la siguiente manera:

• Estructura de fibra de carbono con revestimiento de fibra de vidrio.Archivado el 4 de marzo de 2016 en Wayback Machine .
• perfluoroalcoxi (PFA, MFA).
• politetrafluoroetileno (PTFE)
• etileno propileno fluorado (FEP).
• polímeros reforzados con fibra de carbono (FRP)

Se investigan las tuberías de polímero reforzado con fibra (o tuberías de FRP) y las tuberías termoplásticas reforzadas . ^{[ 25 ] [ 26 ] [ 27 ] [ 28 ]}

El transporte de hidrógeno en tuberías de acero (grados: API5L-X42 y X52; hasta 1000 psi/7000 kPa, ciclos de presión constante/baja presión) no produce fragilización por hidrógeno . ^{[ 29 ]} El hidrógeno se almacena normalmente en cilindros de acero sin problemas.

• 2024: EE. UU. – 1600 millas (2600 km) de gasoductos de hidrógeno de baja presión ^{[ 9 ]}  
• 2024: Europa – 1600 km (990 millas) de gasoductos de hidrógeno de baja presión. ^{[ 10 ]}  

Las estaciones de servicio de hidrógeno generalmente reciben entregas de hidrógeno mediante camiones cisterna de los proveedores de hidrógeno. ^{[ 31 ]} Una interrupción en una instalación de suministro de hidrógeno puede cerrar varias estaciones de servicio de hidrógeno. ^{[ 32 ]} La construcción de una estación de servicio de hidrógeno cuesta entre 1 millón y 4 millones de dólares. ^{[ 33 ]}

En 2019, el 98 % del hidrógeno se producía mediante reformado de metano con vapor , proceso que emite dióxido de carbono. ^{[ 13 ]} La mayor parte del hidrógeno también se transporta en camiones, por lo que se emiten contaminantes durante su transporte. ^{[ 31 ]}

Las estaciones de repostaje de hidrógeno se pueden dividir en estaciones externas, donde el hidrógeno se entrega mediante camión o tubería, y estaciones internas que producen y comprimen hidrógeno para los vehículos. ^{[ 40 ]}

H2stations.org realiza un seguimiento de las estaciones de servicio de hidrógeno a nivel mundial y publica estadísticas y un mapa. A finales de 2024, contabilizaban un total de 980 estaciones de servicio de hidrógeno en funcionamiento en todo el mundo (incluidas estaciones de autobuses y estaciones no comerciales). ^{[ 55 ]}

Asia

En 2019, había 178 estaciones de servicio de hidrógeno disponibles al público en funcionamiento. ^{[ 56 ]} Para finales de 2024, había más de 550 en funcionamiento en Asia, incluidas unas 200 en China. ^{[ 55 ]}

A partir de mayo de 2023En Japón había 167 estaciones de combustible de hidrógeno disponibles al público en funcionamiento. ^{[ 57 ] [ 58 ]} En 2012 había 17 estaciones de hidrógeno, ^{[ 59 ]} y en 2021 había 137 estaciones de combustible de hidrógeno disponibles al público en Japón. ^{[ 37 ]}

En 2019, había 33 estaciones de servicio de hidrógeno disponibles al público en Corea del Sur. ^{[ 56 ] [ 60 ]} Sin embargo, en noviembre de 2023, debido a problemas de suministro de hidrógeno y estaciones averiadas, la mayoría de las estaciones de servicio en Corea del Sur no ofrecían hidrógeno. ^{[ 61 ]} 41 de las 159 estaciones de hidrógeno en el país figuraban como abiertas, y algunas de ellas estaban racionando el suministro de hidrógeno. ^{[ 62 ]}

Diversas aplicaciones han permitido el desarrollo de diferentes escenarios de almacenamiento de H2. El consorcio Hy-Can ^{[ 84 ]} introdujo un formato de un litro y 10 bares (1,0 MPa; 150 psi) . Horizon Fuel Cells ha comercializado un formato de hidruro metálico recargable de 3 megapascales (30 bares; 440 psi) para uso doméstico. ^{[ 85 ]}    

• Tanque metálico (acero/aluminio)
• Presiones máximas aproximadas: aluminio 175 bares (17,5 MPa; 2.540 psi) , acero 200 bares (20 MPa; 2.900 psi) .    

• Tanque de aluminio con bobinados de filamentos como fibra de vidrio / aramida o fibra de carbono alrededor del cilindro metálico. ^{[ 86 ]} Véase recipiente a presión con envoltura compuesta .
• Presiones máximas aproximadas: aluminio/vidrio 263 bares (26,3 MPa; 3.810 psi) , acero/carbono o aramida 300 bares (30 MPa; 4.400 psi) .    

• Depósitos fabricados con material compuesto , fibra de vidrio / aramida o fibra de carbono con revestimiento metálico (aluminio o acero).
• Presiones máximas aproximadas: aluminio/vidrio 305 bares (30,5 MPa; 4420 psi) , aluminio/aramida 438 bares (43,8 MPa; 6350 psi) , aluminio/carbono 700 bares (70 MPa; 10 000 psi) .      

• Depósitos compuestos, como los de fibra de carbono con revestimiento de polímero ( termoplástico ). Véase moldeo rotacional y plástico reforzado con fibra .
• Presión máxima aproximada: 700 bares (70 MPa; 10 000 psi) . ^{[ 87 ]}  

• Tanque totalmente compuesto, sin revestimiento. Composites Technology Development (Colorado, EE. UU.) construyó un prototipo de tanque para una aplicación satelital en 2010, aunque tenía una presión de operación de solo 200 psi y se usaba para almacenar argón. ^{[ 88 ]}
• Presión máxima aproximada: 1.000 bares (100 MPa; 15.000 psi) .  

De conformidad con la norma ISO/TS 15869 (revisada):

• Prueba de rotura: la presión a la que el tanque revienta, normalmente más del doble de la presión de trabajo.
• Presión de prueba: la presión a la que se realizará la prueba, normalmente superior a la presión de trabajo.
• Prueba de fugas o prueba de permeación, ^{[ 89 ]} en NmL/hr/L (Litros normales de H2/tiempo en h/volumen del tanque).
• Prueba de fatiga , que normalmente consiste en varios miles de ciclos de carga/descarga.
• Prueba de hoguera en la que el tanque se expone a fuego abierto.
• Prueba de bala en la que se dispara munición real contra el tanque.

Esta especificación fue sustituida por la norma ISO 13985:2006 y solo se aplica a los depósitos de hidrógeno líquido.

Norma vigente CE 79/2009

• El Departamento de Energía de EE. UU. mantiene un sitio web con las mejores prácticas de seguridad del hidrógeno, que contiene mucha información sobre tanques y tuberías. ^{[ 90 ]} Observan secamente: «El hidrógeno es una molécula muy pequeña con baja viscosidad y, por lo tanto, propensa a fugas». ^{[ 91 ]}