La promesa de un futuro impulsado por hidrógeno estimula y entusiasma a los innovadores israelíes

Mientras que Europa y el Lejano Oriente invierten, la tecnología israelí investiga y se desarrolla. ¿Podría la Nación de Startups lograr otro Mobileye?

Por Sue Surkes

El Eviation Alice es presentado por el director ejecutivo de Eviation, Omer Bar-Yohay, en el Show Aeronáutico de París el 19 de junio de 2019 (captura de pantalla: YouTube).

Durante el Éxodo de Egipto, Dios dividió el mar para salvar a los israelitas. Varios milenios después, muchos en Israel ven cada vez más la repetición del milagro – pero a nivel molecular – como la clave para ayudar a salvar al resto del planeta.

En todo el mundo, la promesa de energía del hidrógeno, cosechada al separar y reunir los elementos que componen el agua, está provocando la próxima revolución en energía limpia.

La tecnología aún está en su infancia, pero tanto el gobierno como el sector privado están inyectando dinero para desarrollar formas de hacer que el uso del hidrógeno sea más poderoso, eficiente y rentable.

El Lejano Oriente, Europa y partes de los EE. UU. están invirtiendo miles de millones en la creación de una infraestructura de hidrógeno que impulsará los camiones, la industria pesada e incluso los hogares.

El pequeño Israel no fabrica vehículos ni tiene mucha industria pesada. Además, el Ministerio de Energía se centra en reemplazar el carbón por gas natural menos contaminante y en apuntalar la infraestructura necesaria para alcanzar su objetivo de generar el 30 por ciento de la energía del país a través de fuentes renovables, principalmente solar, para el 2030.

Ilustrativo: Paneles solares en el desierto cerca de Eilat, Israel. (Moshe Shai / FLASH90)

Pero grandes empresas extranjeras se han apoderado de muchas innovaciones israelíes. La mayor fue en 2017, cuando el gigante estadounidense Intel Corp. compró Mobileye de Jerusalén, un diseñador de sistemas avanzados de visión y asistencia al conductor, por $ 15.3 mil millones para ayudarlo a posicionarse como un actor tecnológico líder en el mercado de vehículos autónomo de rápido crecimiento.

¿Podría la Nación de Startups volver a hacerlo con una pieza de tecnología genial para la economía del hidrógeno?

Más limpio y seguro que cualquier combustible fósil

Solo un kilogramo de hidrógeno suministra tanta energía como 7.4 litros (dos galones) de gasolina.

Puede almacenarse, transportarse a grandes distancias, es más seguro que los combustibles fósiles y es totalmente limpio. Su único producto de desecho es el agua.

Como puede producirse donde haya agua y una fuente de electricidad, puede ofrecer cierta independencia energética a países que de otro modo dependerían de las potencias que producen carbón, petróleo y gas natural.

El hidrógeno tiene que fabricarse, porque se produce de forma natural en la tierra solo unido a otros elementos. Estos incluyen oxígeno, que se combina con hidrógeno para formar agua, y carbono, que se une con hidrógeno para producir los hidrocarburos en combustibles fósiles.

Hasta la fecha, el hidrógeno se ha fabricado en todo el mundo para producir amoníaco para fertilizantes, así como combustibles más ligeros como el diésel y el combustible para aviones a partir del petróleo. La NASA y el programa espacial ruso han estado utilizando hidrógeno en el combustible de sus cohetes durante décadas.

La NASA traslada un enorme tanque de hidrógeno líquido a Huntsville, Alabama, para realizar pruebas como parte de los planes para regresar finalmente a la luna, el 14 de diciembre de 2018 (Rebecca Santana, para AP).

Pero los procesos tradicionales que se utilizan son contaminantes, ineficientes y costosos.

Hoy en día, a medida que la necesidad urgente de reducir las emisiones de carbono se comprende y las multas por las emisiones de C0₂ aumentan en Europa y en otros lugares, la carrera está en marcha para desarrollar el hidrógeno como una alternativa limpia, eficiente y rentable.

Pilas de combustible vs. baterías

Cada año se producen casi 70 millones de toneladas métricas de hidrógeno. Se espera que esto se multiplique por diez en los próximos 30 años a medida que países asiáticos como China, Japón y Corea del Sur y europeos como Alemania y Francia avancen para crear una economía del hidrógeno.

Las baterías eléctricas – que Elon Musk, director ejecutivo de la compañía de automóviles eléctricos Tesla, cree que son el camino del futuro – son actualmente más eficientes que la energía de hidrógeno, por lo que Israel las usará en la próxima década para almacenar energía renovable.

Esta fotografía del 26 de abril de 2020 muestra una larga fila de sedanes Modelo 3 2020 en un concesionario Tesla en Littleton, Colorado. (Foto AP / David Zalubowski)

Pero siguen siendo caras, voluminosas y no son adecuadas para vehículos grandes de larga distancia debido al espacio que ocupan y la necesidad de detenerse durante horas para recargar, por lo que para este tipo de necesidades se está explorando el hidrógeno como alternativa. (Siguiendo una dirección diferente, una empresa israelí llamada ElectReon es pionera en el tendido de cables subterráneos que pueden cargar vehículos a medida que avanzan).

La investigación del hidrógeno se centra en electrolizadores y pilas de combustible.

Las pilas de combustible son piezas de equipo dentro de las cuales los electrolizadores utilizan electricidad para descomponer el agua en hidrógeno y oxígeno. Hasta la fecha, la corriente eléctrica utilizada en la electrólisis ha sido suministrada por combustibles fósiles, pero estos están siendo reemplazados por fuentes renovables más baratas y menos contaminantes como la energía solar.

Una pila o celda de combustible CFY durante la apertura de uno de los institutos de investigación de baterías más grandes de Alemania, el ‘Centro de Innovación y Tecnología de Baterías’ (BITC) del Instituto Fraunhofer de Tecnologías y Sistemas Cerámicos, IKTS, en Arnstadt, Alemania, el 10 de julio de 2020. (Foto AP / Jens Meyer)

Cuando se necesita energía, para conducir un automóvil, por ejemplo, el hidrógeno y el oxígeno son reunidos dentro de la celda de combustible a través de un catalizador que provoca una reacción electroquímica entre los dos que crea energía.

Los sistemas de pilas de combustible son limpios y silenciosos, y no necesitan recargarse como las baterías, pero continúan produciendo electricidad mientras haya hidrógeno disponible.

Pueden alcanzar una densidad de energía 10 veces mayor que la de algunas de las mejores baterías del mercado, lo que significa que pueden durar diez veces más o permitir que un vehículo recorra la misma distancia dejando una huella de carbono mucho menor.

Pero todavía existen serios obstáculos que superar para que la tecnología sea rentable. El platino, utilizado en muchos catalizadores, por ejemplo, puede hacer que las pilas de combustible sean más caras de producir que perforar, transportar y refinar combustibles fósiles. Las pilas de combustible también deben volverse más robustas.

Un alto funcionario del Ministerio de Energía le dijo a The Times of Israel: «Vemos un lugar para el hidrógeno en el futuro, pero en la actualidad sigue siendo caro y no vale la pena económicamente para la mayoría de las aplicaciones».

Continuó: “En este momento, el almacenamiento a través de hidrógeno tiene una eficiencia inferior al 50% y las baterías hacen el trabajo mejor. El hidrógeno todavía no está listo para su despliegue comercial completo, pero nosotros y otros estamos invirtiendo en eso para que así sea».

Consorcio de pilas de combustible de Israel

Lior Elbaz, un ingeniero químico israelí y profesor asociado en la Universidad Bar-Ilan, cerca de Tel Aviv, es actualmente científico visitante por segunda vez en el Laboratorio Nacional de Los Alamos en Nuevo México. Mejor conocido por desarrollar la bomba atómica de EE. UU., el laboratorio lidera actualmente la investigación sobre pilas de combustible.

Después de su primer período allí para la investigación postdoctoral, Elbaz regresó a Israel y persuadió a la Oficina del Primer Ministro (que coordina la Iniciativa Interministerial de Opciones de Combustible y Movilidad Inteligente) para que le permitiera reunir a algunas de las mejores mentes de todas las universidades de Israel bajo un Consorcio Único de Pilas de Combustible. En la actualidad, 12 investigadores de todo el país están cooperando en proyectos para mejorar la durabilidad y la energía de las celdas de combustible y reducir sus costos.

Lior Elbaz, profesor asociado de la Universidad Bar Ilan y director del Consorcio Israelí de Pilas de Combustible. Cortesía, (Prof Elbaz)

El propio laboratorio de Elbaz en la Universidad de Bar-Ilan, por ejemplo, ha desarrollado celdas de combustible impulsadas por energía solar que, con suerte, estarán en el mercado de energía doméstica dentro de los próximos tres a cinco años. Elbaz dice que duran de tres a cuatro veces más que los competidores del mercado y tienen una huella de carbono de cuatro a cinco veces menor. El sistema permitirá que una casa se vuelva autosuficiente en energía y canalice el exceso de energía hacia la red nacional.

Con el apoyo de la Autoridad de Innovación de Israel y el brazo de investigación del Ministerio de Defensa, los 12 investigadores están ahora listos para poner en práctica las ideas mediante la creación de un consorcio académico-industrial con dos de las principales empresas israelíes de pilas de combustible, GenCell y PO-CellTech.

Bajando el precio

En una innovación separada, no relacionada con el Consorcio de Celdas de Combustible, los investigadores del Programa de Energía Grand Technion en el Technion – Instituto de Tecnología de Israel en Haifa, en el norte de Israel, se han centrado en la electrólisis, el proceso que impulsa la reacción química, siendo pionero en el método que separa el hidrógeno del oxígeno en varios pasos en una técnica que utiliza la electricidad de manera más eficiente.

Desde la derecha: Dr. Hen Dotan, Prof. Avner Rothschild, Dr. Avigail Grader y Prof Gideon Grader del Technion – Instituto de Tecnología de Israel. (Cortesía, Technion)

Según el profesor Gideon Grader, ex decano del Departamento de Ingeniería Química de Technion, hacerlo mejorará la eficiencia de la electrólisis de alrededor del 70% al 75% actual al 95% y reducirá a la mitad la inversión de capital necesaria.

Los científicos detrás de este avance – el profesor Grader, el profesor Avner Rothschild del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales, Hen Dotan y Avigail Landman (una estudiante de doctorado cuando se estaba realizando la investigación), se han unido desde entonces con algunos de los cerebros empresariales detrás las populares aplicaciones Viber, Juno e iMesh, entre ellas Talmon Marco, para crear H2PRO para el desarrollo comercial del producto.

El fabricante de automóviles surcoreano Hyundai y el enorme grupo empresarial japonés Sumitomo ya han comprado.

Aprovechando las plantas

Una de las técnicas más intrigantes e inusuales para crear hidrógeno proviene de la investigación llevada a cabo por el profesor Iftach Yacoby de la Universidad de Tel Aviv en colaboración con el profesor Kevin Redding de la Universidad de Arizona y los estudiantes Andrey Kanygin y Yuval Milrad.

El profesor Iftach Yacoby de la Universidad de Tel Aviv, que colabora con el profesor Kevin Redding de la Universidad de Arizona y los estudiantes Andrey Kanygin y Yuval Milrad, en un método para aprovechar las plantas para obtener electricidad. (Cortesía, Iftach Yacoby)

En lo que suena a ciencia ficción, el equipo ha utilizado con éxito una planta para generar electricidad y crear hidrógeno, como se informó a principios de este año en la revista Energy and Environmental Science.

«Cada cosa verde viviente es una fábrica de productos químicos», dijo Yacoby a The Times of Israel. «Así como los paneles solares, las plantas y las algas usan clorofila para tomar la energía del sol y convertirla en corriente eléctrica».

El gran avance del equipo ha sido identificar la fuente de esa corriente eléctrica en las células de las micro-algas, y luego unir a esa fuente, mediante modificación genética, la enzima hidrogenada. Así equipadas, las algas han comenzado a producir hidrógeno en un proceso totalmente sostenible y limpio.

El profesor Iftach Yacoby de la Universidad de Tel Aviv examina un fotobiorreactor durante una investigación sobre la capacidad de las plantas para generar electricidad, el 11 de junio de 2020 (JACK GUEZ / AFP).

Yacoby dijo: “Nuestra evaluación más optimista es que el hidrógeno producido por las plantas [algún día] tendrá el mismo valor económico que el cereal y que estas plantas serán tan importantes para nuestra seguridad energética como el cereal [como el trigo] para nuestra seguridad alimentaria.»

Almacenando hidrógeno

El desarrollo de almacenamiento a base de hidrógeno para energía sostenible aprovechada de fuentes como el sol podría ser clave para resolver uno de los mayores problemas de la energía renovable – que no se proporciona cuando el sol no brilla o el viento no sopla.

En la actualidad, los requisitos energéticos para el almacenamiento de hidrógeno son muy costosos. Se necesitan tanques de alta presión para comprimir el volumen de hidrógeno como un gas. Como el gas solo se convierte en líquido a −252,9 ° C (−423 ° F), almacenarlo y transportarlo como líquido (como lo hace el nuevo camión pesado Mercedes-Benz GEnH2 anunciado el mes pasado) significa sistemas de refrigeración que consumen mucha energía y un aislamiento sofisticado.

La solución de energía fuera de la red GenCell A5 puede funcionar 24 × 7 durante todo un año con un solo tanque de amoníaco de 12 toneladas y se puede instalar fácilmente en cualquier estación base de telecomunicaciones rural. (Cortesía)

La compañía israelí GenCell, cuyo personal incluye a muchos veteranos de los proyectos espaciales Apollo y Mir, ha desarrollado una forma de usar hidrógeno almacenándolo en amoníaco para energía de respaldo y fuera de la red que se puede usar en una variedad de mercados. El amoníaco comprende hidrógeno y nitrógeno. Cuando se necesita el hidrógeno, se separa del nitrógeno, que se evapora de forma segura en el aire, y el generador de pila de combustible de la empresa lo utiliza para generar electricidad.

Pero el amoníaco también necesita presión para mantenerlo en forma líquida.

Prof David Milstein del Instituto Weizmann. (Captura de YouTube)

En el Instituto de Ciencias Weizmann en Rehovot, un equipo dirigido por el Prof. David Milstein, laureado con el Premio Israel, ha encontrado una solución para el almacenamiento de hidrógeno que no requiere presión, utiliza líquidos orgánicos comúnmente disponibles como etilenglicol (también conocido como anticongelante) y emplea un metal mucho más barato que el platino en el catalizador. Los líquidos también pueden regenerarse mediante la adición de gas de hidrógeno y pueden almacenarse de esta forma indefinidamente en condiciones ambientales. La prueba de concepto está completa y los planes futuros son convertir el desarrollo científico en una realidad tecnológica para el almacenamiento, generación y regeneración de hidrógeno.

Israel y el mercado del hidrógeno

A nivel comercial, Israel tiene una empresa de separación de agua, H2PRO, y dos empresas de pilas de combustible – GenCell y PO-CellTech, esta última empresa de Elbit Systems. GenCell, por ejemplo, ya está suministrando pilas de combustible de respaldo al sistema de transporte subterráneo de la Ciudad de México.

Todas las principales empresas de combustibles israelíes miran hacia un futuro de hidrógeno. Sonol tiene previsto instalar la primera estación de recarga de hidrógeno en los próximos tres años. Paz está invirtiendo en GenCell, junto con el gigante de fabricación de componentes electrónicos TDK y el empresario israelí Benny Lamda. Las refinerías de petróleo de Bazán en la bahía de Haifa, cuyos días parecen estar contados, ha establecido un centro de innovación, tiene acciones en H2PRO y busca convertirse en un actor serio en el mercado del hidrógeno. Incluso la empresa estatal Petroleum & Energy Infrastructures Ltd. (PEI), responsable de la infraestructura de combustible de Israel, está trabajando en una estrategia para el almacenamiento de hidrógeno a gran escala.

Una mano amiga del gobierno

Ya en 2011, la Oficina del Primer Ministro de Israel lanzó la Iniciativa Fuel Choices (Opciones de Combustibles), un organismo coordinador que reúne a ministerios, empresas y académicos y coordina todos los aspectos de la investigación y el desarrollo académico y comercial de alternativas a los combustibles fósiles.

La iniciativa incluye el Centro Nacional de Investigación de Propulsión Electroquímica de Israel (INREP por sus siglas en inglés), que financia la I + D, desde la investigación académica hasta proyectos piloto y de demostración. Al reunir a científicos de todas las universidades de Israel, el centro tiene como objetivo promover la investigación en vehículos eléctricos, baterías y tecnología de celdas de combustible para el transporte. La Autoridad de Innovación apoya a los inversores israelíes y las empresas de tecnología que trabajan en el campo.

El modelo de avión eléctrico Eviation en la cumbre de la Iniciativa de Opciones de Combustible de Israel en Tel Aviv el 3 de noviembre de 2016 (Melanie Lidman / Times of Israel)

El gobierno también ayudó a financiar la creación del Centro Israelí de Excelencia en Investigación (ICORE). El ICORE de combustible solar dirigido por el profesor Gideon Grader, reunió a 40 investigadores de varias de las principales instituciones académicas del país, algunos de ellos especialistas en tecnología del hidrógeno.

Y el Ministerio de Energía financia proyectos, entre ellos la planificada estación de combustible de hidrógeno de Sonol y las iniciativas de PO-CellTech, Elbit y GenCell.

«Creo que tendremos estaciones de recarga de hidrógeno para 2030″, predijo Grader. “Ya se habla de regulación. Pero lo veremos primero en otros lugares, principalmente en el Lejano Oriente. En Israel, las cosas avanzan lentamente».

 

Fuente: The Times of Israel
Traducción: Consulado General H. de Israel en Guayaquil