Garantizar la Pureza del Hidrógeno para las Pilas de Combustible
Por qué la toma de muestras en el surtidor es importante para que los sistemas de hidrógeno sean fiables y cumplan la normativa
A medida que el panorama energético mundial evoluciona hacia soluciones más limpias y sostenibles, el hidrógeno se ha convertido en un combustible fundamental para la descarbonización del transporte, la industria y la generación de energía.
Entre sus aplicaciones más prometedoras destaca el uso del hidrógeno en pilas de combustible de membrana de intercambio protónico (PEM), que ofrecen una alta eficiencia y cero emisiones para vehículos y sistemas estacionarios. Sin embargo, el rendimiento, la seguridad y la longevidad de las pilas de combustible dependen en gran medida de la pureza del hidrógeno suministrado—un requisito mucho más estricto que en otros usos industriales. Incluso niveles mínimos de contaminantes pueden causar daños irreversibles, reducir la eficiencia operativa y comprometer la fiabilidad de los sistemas.
Asegurarse de la pureza del hidrógeno no es simplemente una cuestión de análisis de laboratorio, sino que exige un enfoque integral que abarque toda la cadena de valor—desde la producción y el almacenamiento hasta el transporte y la distribución. En cada etapa, el hidrógeno es vulnerable a la degradación y la contaminación, por lo que es necesario aplicar procedimientos sólidos de toma de muestras y verificación.
En respuesta a este contexto, Sauhaib Filali, ingeniero de aplicaciones de Swagelok Múnich, especializado en el mercado de las energías limpias, ha redactado este documento como guía para ingenieros, operadores y partes interesadas involucradas en la infraestructura del hidrógeno y el despliegue de pilas de combustible. Analiza los principios y los retos técnicos de la toma de muestras de hidrógeno, revisa la normativa aplicable y muestra arquitecturas de sistemas prácticas que apoyan la verificación precisa y conforme a la normativa de la calidad del combustible.
En esta sesión de preguntas y respuestas, Sauhaib explica el mercado, los motivos que han llevado a la elaboración de este documento y cómo puede ayudar a los clientes.
P: Nos gustaría saber más sobre Vd. y cómo llegó a trabajar en este sector.
R: Me licencié en ingeniería mecánica en la Universidad Hassan II de Casablanca (Marruecos) en un programa de ingeniería impartido en francés. Pero yo quería ampliar mis conocimientos técnicos y desarrollar una carrera internacional en ingeniería, así que me mudé a Alemania y obtuve una segunda licenciatura en ingeniería mecánica en la Universidad de Ciencias Aplicadas de Berlín, donde el plan de estudios se imparte en alemán.
En mi puesto actual en Swagelok Múnich, que ocupo desde 2022, me encargo del diseño, la documentación y la implementación de sistemas de fluidos de hidrógeno en toda la cadena de valor de la energía limpia, incluyendo la producción, distribución, almacenamiento, toma de muestras y aplicaciones en vehículos de hidrógeno. Mi trabajo abarca la ingeniería de procesos, el desarrollo de P&ID, la especificación de componentes, el desarrollo de modelos de sistemas 3D y planos de montaje, y la asistencia técnica en planta para los clientes.
Además, evalúo los sistemas y componentes para verificar que cumplan con las normativas internacionales sobre hidrógeno, con el fin de garantizar diseños de sistemas seguros y alineados con las normativas. También participo habitualmente como ponente en eventos del sector, como Hannover Messe y TankTech, donde hablo sobre las mejores prácticas en el diseño de sistemas de hidrógeno, la calidad del combustible de hidrógeno, la toma de muestras y la normativa de seguridad.
P: ¿Cómo percibe el mercado del hidrógeno, tanto en la actualidad como en el futuro?
R: En mi puesto como ingeniero de aplicaciones, he sido testigo de la rápida evolución del mercado mundial del hidrógeno. Ha pasado de ambiciones políticas audaces y experimentación en fase inicial a una fase de implementación más estructurada y basada en estándares. La capacidad de los electrolizadores ha aumentado considerablemente y la movilidad basada en pilas de combustible está empezando a ganar terreno en Asia y Europa.
Me ha llamado especialmente la atención el enfoque europeo, ya que incluye objetivos vinculantes en materia de infraestructuras. Por ejemplo, la normativa sobre la Infraestructura de Combustibles Alternativos (AFIR, por sus siglas en inglés, de Alternative Fuel Infrastructure Regulation) de la Unión Europea exige que, para 2030, haya estaciones de repostaje de hidrógeno disponibles cada 200 kilómetros a lo largo de las principales rutas de transporte.
No obstante, el mercado sigue enfrentándose a retos reales. Uno de los más importantes es el desfase entre despliegue y fiabilidad. Se están construyendo demasiados sistemas sin prestar la debida consistencia en la atención a la calidad del combustible o a la larga duración. Las pilas de combustible de hidrógeno son muy sensibles a la contaminación a niveles de trazas y, hasta hace poco, el control de calidad solía pasarse por alto.
Ahora, veo con optimismo que la industria está tratando este tema. La nueva normativa, como la ISO 19880-9, finalmente ofrece una guía clara para la toma de muestras de hidrógeno en los surtidores, lo que ayuda a asegurar que el combustible que llega al vehículo cumple con las especificaciones de pureza críticas. Soy optimista y creo que este cambio llevará a la economía del hidrógeno hacia un éxito escalable y a largo plazo.
P: ¿Qué vio en el sector que le motivó a escribir este documento?
R: Veo una brecha crítica en la forma en que la industria entiende los requisitos de calidad del combustible de hidrógeno para las pilas de combustible PEM y el papel de la toma de muestras en su protección. El combustible de hidrógeno debe tener una pureza mínima del 99,97 %, y solo se permiten trazas de contaminantes. Sin embargo, muchos clientes no estaban seguros de cómo conseguir ese nivel de pureza en el momento del dispensado. Muchos confiaban/confían en el certificado de análisis del proveedor, sin darse cuenta de que la calidad del hidrógeno puede degradarse durante la compresión, el almacenamiento y la distribución.
La toma de muestras es un método de ingeniería esencial para verificar que el hidrógeno sigue cumpliendo las especificaciones requeridas en el punto de uso. Ahora bien, la toma de muestras es un proceso complejo y, si no se realiza correctamente, puede producir resultados inexactos, incumplimientos o daños a largo plazo en los sistemas.
P: ¿Cómo percibe el mercado del hidrógeno, tanto en la actualidad como en el futuro?
R: Hay varias normativas sobre el hidrógeno que creo que todos los clientes que trabajan con sistemas de pilas de combustible deberían conocer, para asegurarse de la calidad del hidrógeno y así asegurar una operación segura y fiable. Lo explicaré en términos de tres niveles clave que deben funcionar conjuntamente: qué hay que medir, cómo se realiza la toma de muestras y cómo se analiza.
En el primer nivel, la norma ISO 14687 (y, en algunas zonas, la norma SAE J2719) define los requisitos de calidad del combustible de hidrógeno, incluidos los límites máximos permitidos para las impurezas críticas. En el segundo, tenemos normativas como la ISO 19880-9 y la ASTM D7606-17, que regulan la toma de muestras de hidrógeno en los surtidores, incluyendo todo lo necesario, desde la purga y la conexión a tierra hasta la compatibilidad de los materiales. El tercer nivel trata sobre el análisis: La norma ISO 21087 describe los métodos analíticos que deben utilizarse en el laboratorio y cómo mantener la muestra estable durante el transporte.
El punto clave es que estos tres niveles deben estar en consonancia. Un sistema puede estar bien construido desde el punto de vista técnico, pero sin una toma de muestras que se ajuste a la normativa adecuada, el resultado de pureza no será fiable.
P: ¿Cuál es el mayor reto técnico durante la toma de muestras de hidrógeno?
R: Según mi experiencia, se trata de mantener la integridad de la muestra. Eso significa asegurarse de que la toma de muestras represente fielmente la composición real de hidrógeno desde la extracción hasta el análisis. Parece sencillo, pero incluso las fugas más pequeñas, un poco de gas residual atrapado en volúmenes muertos o una purga incompleta pueden introducir contaminantes o diluir las impurezas que intentamos medir. El resultado es que la toma de muestras ya no refleja lo que realmente hay en la corriente de hidrógeno.
Para superar esto, es necesario diseñar adecuadamente el sistema de toma de muestras, comenzando por utilizar materiales compatibles, eliminar el volumen muerto y asegurarse de realizar una purga completa. Solo así podremos estar seguros de que el hidrógeno que llega al analizador es tan puro y está tan inalterado como en el momento de su extracción.
El sistema solo puede ser tan limpio como su proceso de toma de muestras. Incluso el hidrógeno de ultra alta pureza puede verse comprometido por un método de toma de muestras mal diseñado o ejecutado, lo que permite que la contaminación o una muestra no representativa invaliden los resultados.
Por eso debemos diseñar el sistema de toma de muestras con el mismo cuidado y cumplimiento de la normativa internacional que el resto del sistema de combustible de hidrógeno. En la práctica, la toma de muestras no es solo un método de análisis, sino una decisión crítica a nivel de sistema que afecta directamente al rendimiento y la seguridad de las pilas de combustible.
P: Si un cliente solo recordara una cosa de este informe, ¿qué quiere que sea?
R: Si solo se queda con una cosa de este documento, espero que sea que la calidad del combustible en el surtidor es lo que realmente importa. Aunque el hidrógeno salga de la planta de producción con la pureza suficiente, puede acumular contaminantes durante la cadena de valor del hidrógeno. Por eso tenemos que hacer pruebas directamente en el surtidor, para asegurarnos de que la pila de combustible recibe exactamente lo que necesita.
«La toma de muestras de hidrógeno no es una cuestión secundaria, sino que desempeña un papel fundamental en la protección de la pila de combustible».
- Sauhaib Filali, Swagelok Múnich
Lea el informe técnico de Sauhaib “Garantizar la Pureza del Hidrógeno para las Aplicaciones de Pilas de Combustible”. Si tiene alguna pregunta sobre la toma de muestras de hidrógeno, contacte con su centro local autorizado de ventas y servicio Swagelok para obtener asistencia.