La prefectura japonesa de Yamanashi, campo de pruebas del hidrógeno verde

Por qué Yamanashi se está convirtiendo en el laboratorio del hidrógeno de Japón

A los pies del monte Fuji, la prefectura de Yamanashi se ha convertido en un campo de pruebas real para el hidrógeno verde. En todo Japón, el hidrógeno gana visibilidad como alternativa a los combustibles fósiles. En Yamanashi, esta tendencia es particularmente clara. Empresas de sectores que van desde la automoción y la fabricación de motores hasta las bebidas, los neumáticos y las máquinas herramienta empiezan a incorporar este gas a su combinación energética. La prefectura ofrece una combinación poco habitual de abundantes recursos renovables, infraestructura de investigación y colaboración activa entre el sector público y el privado.

Yamanashi destaca por sus altos niveles de radiación solar, la concentración de recursos para la investigación energética y unas políticas que respaldan proyectos desde el laboratorio hasta la planta de producción. La zona de Komekurayama, en Kofu, alberga uno de los grupos de energía solar más consolidados de Japón y un centro de investigación sobre sistemas energéticos de nueva generación. Las autoridades de la prefectura han respaldado programas piloto de hidrógeno que conectan la energía solar diurna con el almacenamiento de larga duración y el calor industrial, con lo que la región busca probar la tecnología en condiciones reales de funcionamiento y luego ampliarla. La Sociedad de Energía del Hidrógeno de Yamanashi (H2-YES), una empresa conjunta que vincula a la prefectura con compañías, ayuda a coordinar las demostraciones y a asegurar clientes principales.

Qué hace en la práctica el sistema Power to Gas de Yamanashi

Power to Gas, abreviado habitualmente como P2G, convierte la electricidad de fuentes renovables en hidrógeno al separar el agua en hidrógeno y oxígeno. El enfoque de Yamanashi utiliza electrólisis del agua con polímero sólido. Cuando la producción solar es alta, el excedente de electricidad alimenta el electrolizador. Después, el hidrógeno puede comprimirse o licuarse y almacenarse en tanques. A diferencia de los electrones de la red eléctrica, el hidrógeno almacenado puede transportarse en camión, conducirse por tuberías en distancias cortas o transformarse de nuevo en electricidad y calor cuando se necesita. Así, la energía solar intermitente se convierte en un recurso energético flexible para fábricas, almacenes y comunidades locales.

Con el respaldo del Fondo de Innovación Verde del Gobierno de Japón y de trabajos encargados por NEDO, la agencia nacional de investigación y desarrollo, la tecnología P2G del Modelo Yamanashi fue desarrollada conjuntamente por la prefectura, Toray Industries, Tokyo Electric Power Company Holdings y Takaoka Toko. En las instalaciones de Suntory en Hakushu, dentro de la prefectura, se está construyendo una planta de 16 megavatios basada en este sistema. Está previsto que funcione con electricidad renovable y agua local, de modo que el hidrógeno producido no genere gases de efecto invernadero cuando se utilice. Suntory y los socios de la prefectura ofrecen detalles del proyecto en esta descripción oficial.

El plan de Suntory para producir 16 MW de hidrógeno verde

En septiembre de 2022, Suntory Holdings firmó un acuerdo básico con la prefectura de Yamanashi para descarbonizar la destilería de Hakushu y la planta de agua Hakushu, en los Alpes del Sur. La pieza central es una instalación P2G de 16 megavatios que electrolizará agua con electricidad renovable para producir hidrógeno verde en el lugar. La empresa utilizará el gas como fuente de calor limpio para las operaciones de la planta y prevé compartir el suministro con la comunidad cercana.

Está previsto que las operaciones comiencen en 2025. En la primera fase, el hidrógeno alimentará calderas para la esterilización por calor y permitirá realizar pruebas de destilación en la destilería de Hakushu. A partir de 2027, Suntory planea operar en toda la cadena de valor del hidrógeno verde en Japón: no solo producirlo, sino también distribuirlo y venderlo. Una alianza logística con Tomoe Shokai permitirá realizar entregas dentro de Yamanashi y en Tokio. La empresa estudia otros usos en instalaciones como la destilería de Chita, en Aichi, y la planta de Takasago, en Hyogo.

La iniciativa llega después de que no avanzara un proyecto de hidrógeno previsto para una destilería en el Reino Unido, lo que llevó a trasladar los recursos a su implementación en Japón. En el país, el entorno normativo y las alianzas locales de Yamanashi ofrecen una vía clara para construir, operar y demostrar una cadena de valor completa, desde la energía renovable hasta el calor y la electricidad generados con hidrógeno.

La alianza con JERA y las pruebas de electricidad sin carbono las 24 horas

El 22 de noviembre de 2023, la prefectura de Yamanashi firmó un acuerdo básico con JERA, el mayor productor de electricidad de Japón por cuota de generación, para colaborar en una cadena de valor regional del hidrógeno. JERA busca combinar fuentes renovables con generación térmica sin emisiones mediante hidrógeno y amoníaco, y produce cerca del 30 por ciento de la electricidad del país. La alianza pretende asegurar una producción y un suministro estables de electricidad sin carbono y combustibles basados en hidrógeno, integrando el sistema P2G de la prefectura con la cadena de valor de los combustibles y los activos de generación de JERA. Aquí puede consultarse un resumen público de la colaboración: descripción general de la alianza con JERA.

Está previsto construir nuevas instalaciones de generación eléctrica con hidrógeno en el monte Komekura, donde las pruebas de demostración suministrarán electricidad a empresas locales. El objetivo es demostrar que se puede producir electricidad sin carbono de forma continua, combinando la generación solar con turbinas o pilas de combustible alimentadas con hidrógeno cuando se pone el sol o pasan nubes. Si funciona a escala de la prefectura, este enfoque podría servir a fábricas que necesitan un suministro eléctrico constante a todas horas.

De la energía solar al almacenamiento: la evolución del centro de Komekurayama

La expansión de la energía solar de la prefectura en Komekurayama se remonta a los planes de principios de la década de 1990, cuando se pretendía atraer empresas a la zona. Tras el estallido de la burbuja económica, el terreno se convirtió en una plataforma para grandes instalaciones solares en colaboración con Tokyo Electric Power Company. Esto sentó las bases de la siguiente fase. En 2021, la prefectura puso en marcha una iniciativa P2G para transformar los excedentes de energía solar en hidrógeno mediante electrólisis del agua con polímero sólido. Los primeros sistemas licuaban el hidrógeno, lo almacenaban en el lugar en tanques especializados y lo transportaban en remolques hasta donde se necesitaba, por ejemplo, a comercios que utilizaban pilas de combustible como respaldo y para cubrir los picos de demanda.

El siguiente paso es ampliar las fuentes más allá de una única instalación solar e incorporar electricidad renovable certificada de la red convencional, incluida la procedente de fuentes hidroeléctricas, eólicas y geotérmicas. Cuando el hidrógeno se produce bajo demanda en el lugar de uso, disminuyen las necesidades de almacenamiento, bajan los costos de transporte y puede reducirse el costo del hidrógeno verde. Los ingenieros de Yamanashi también estudian aplicaciones industriales que van más allá del calor y la electricidad, como utilizar hidrógeno verde para limpiar procesos de fabricación de semiconductores en sustitución del helio.

Quién utiliza el hidrógeno actualmente

Las instalaciones de Suntory en Hakushu son el principal cliente de la prefectura. Está previsto utilizar hidrógeno para la esterilización por calor y realizar pruebas de destilación de whisky con fuego directo. Más allá del sector de las bebidas, el sector de los neumáticos ha empezado a probar la producción de hidrógeno en las propias instalaciones para generar calor de proceso y electricidad y calor combinados, lo que apunta a un mercado industrial más amplio para este gas.

El transporte es otra área que cobra impulso. El Gobierno nacional ha respaldado el uso de pilas de combustible en vehículos pesados y ha concedido fondos a fabricantes de automóviles para ampliar su capacidad de producción. Varios programas se centran en camiones propulsados por hidrógeno que podrían repostar en depósitos durante las horas de menor demanda, utilizando hidrógeno verde producido cuando abundan las energías renovables. Estas iniciativas están en consonancia con el compromiso de Japón de alcanzar la neutralidad de carbono en 2050 y con la necesidad de reducir su dependencia de los combustibles fósiles importados.

Costos, beneficios y limitaciones

La electrólisis requiere mucha energía. Producir un kilogramo de hidrógeno suele exigir entre 50 y 55 kilovatios hora de electricidad, además de energía adicional para comprimirlo o licuarlo. Un electrolizador de 16 megavatios que funcionara a plena potencia durante todo un día podría producir alrededor de 7 a 8 toneladas de hidrógeno. La producción real depende del ciclo de funcionamiento, los períodos de mantenimiento y la disponibilidad de electricidad renovable. La estrategia de Yamanashi combina energía solar en las propias instalaciones, electricidad renovable de la red y almacenamiento, para que la planta pueda funcionar cuando la energía sea limpia y barata.

El costo sigue siendo el principal desafío. En Japón, los precios mayoristas de la electricidad y los cargos por el uso de la red pueden ser elevados, lo que ha limitado anteriores proyectos piloto de hidrógeno. Utilizar energía solar que de otro modo se desperdiciaría, o trasladar las operaciones a períodos de baja demanda, puede reducir el costo por kilogramo. La mejora de la eficiencia de los electrolizadores y el aumento de los volúmenes de producción también contribuyen a bajar el precio con el tiempo.

El suministro de agua y la seguridad son dos cuestiones prácticas. La electrólisis consume casi nueve litros de agua por cada kilogramo de hidrógeno producido, y se necesita más agua para su purificación. La zona de Hakushu es conocida por sus aguas subterráneas de alta calidad, utilizadas en bebidas, lo que subraya la necesidad de gestionar los recursos con cuidado y reciclarlos. La manipulación del hidrógeno exige protocolos estrictos de ventilación, detección de fugas y capacitación. Pueden surgir inquietudes en la comunidad por su inflamabilidad, como se ha visto en debates públicos sobre proyectos propuestos en otros países, por lo que son esenciales la comunicación con la población y unas normas de diseño rigurosas.

¿Podrá el modelo de Yamanashi extenderse más allá de la prefectura?

El modelo que se está probando en Yamanashi tiene un enfoque regional. Conecta los recursos renovables locales, la electrólisis, el almacenamiento y los usuarios finales mediante una cadena de suministro corta. La siguiente fase incluye entregas a Tokio, lo que conectaría un importante centro de demanda con hidrógeno verde producido en las montañas al oeste de la capital. Si la demostración de JERA logra suministrar electricidad sin carbono las 24 horas, también ofrecería a la industria un modelo para obtener energía fiable sin combustibles fósiles. JERA ofrece información pública sobre la colaboración en su descripción del proyecto.

El trabajo ya despierta interés internacional. Delegaciones extranjeras han visitado los centros de investigación y los proyectos piloto industriales de Yamanashi, y algunas regiones planean crear centros de excelencia para el hidrógeno verde basándose en la experiencia de Japón. En las visitas se han conocido tecnologías que van desde vehículos con pilas de combustible hasta laboratorios de investigación y plantas de producción de la prefectura. Esa transferencia de conocimientos, junto con el apoyo de las políticas nacionales, muestra cómo un campo de pruebas local puede influir en proyectos mucho más allá de sus fronteras.

Lo que debe saber

• La prefectura de Yamanashi se perfila como un campo de pruebas para el hidrógeno verde en Japón, al vincular la abundante energía solar con su producción, almacenamiento y uso industrial.
• El sistema Power to Gas del Modelo Yamanashi transforma electricidad renovable en hidrógeno mediante electrólisis del agua con polímero sólido, y convierte la energía solar intermitente en un recurso energético flexible.
• Suntory y la prefectura construyen un electrolizador de 16 megavatios en la destilería de Hakushu y la planta de agua Hakushu, en los Alpes del Sur. Está previsto que empiece a funcionar en 2025.
• A partir de 2027, Suntory prevé operar en toda la cadena de valor del hidrógeno, incluida su distribución local y venta en Yamanashi y Tokio, mediante una alianza logística con Tomoe Shokai.
• JERA y Yamanashi firmaron una alianza en 2023 para crear una cadena de valor regional del hidrógeno y demostrar que se puede generar electricidad sin carbono las 24 horas combinando energía solar y generación alimentada con hidrógeno.
• Komekurayama es el centro de investigación y despliegue de la prefectura. Ha evolucionado desde las grandes instalaciones solares hasta los sistemas P2G que producen, almacenan y transportan hidrógeno.
• Usuarios industriales más allá del sector de las bebidas, incluidos los fabricantes de neumáticos, prueban la producción local de hidrógeno verde para reducir las emisiones del calor de proceso.
• Los programas nacionales de Japón respaldan el uso de hidrógeno en vehículos pesados, con fondos para ampliar la producción de pilas de combustible y planes para camiones propulsados por hidrógeno.
• Un electrolizador de 16 megavatios podría producir alrededor de 7 a 8 toneladas de hidrógeno al día a plena potencia, aunque la producción real depende de su modo de funcionamiento.
• Entre los principales desafíos figuran el costo de la electricidad y de la red, el consumo de agua, el almacenamiento y la logística, y la aplicación de prácticas rigurosas de seguridad en la manipulación del hidrógeno.
• El enfoque de Yamanashi está diseñado para aplicarse en otras regiones. Hay planes para suministrar hidrógeno a Tokio y crece el interés de delegaciones internacionales que estudian el modelo.