Ya lo vio Julio Verne: hidrógeno, verde

En 1874, Julio Verne publicaba La isla misteriosa y explicaba: «Creo que un día el agua será un carburante, que el hidrógeno y el oxígeno que la constituyen, utilizados solos o conjuntamente, proporcionarán una fuente inagotable de energía y de luz, con una intensidad que el carbón no puede; dado que las reservas de carbón se agotarán, nos calentaremos gracias al agua. El agua será el carbón del futuro».

Han pasado cinco años desde la firma del Acuerdo de París y uno desde la del Pacto Verde Europeo (European Green Deal) y la predicción de Verne parece más cercana que nunca; no tanto por la falta de combustibles fósiles como por la emergencia climática a la que nos enfrentamos, motivada por el aumento descontrolado de las emisiones de efecto invernadero. 

La presidenta de la Unión Europea, Ursula von der Leyen, anunció en diciembre el compromiso de Europa de reducir las emisiones en un 55% para 2030 y alcanzar la neutralidad climática en 2050. Son objetivos ambiciosos y necesarios en un contexto en el que cada vez es más evidente que tenemos que actuar decididamente, y hacerlo ya. Para ello, requerimos tecnologías que se puedan implementar allí donde la electrificación renovable no sea posible, y una de ellas es el hidrógeno. Pero…

¿Qué es exactamente el hidrógeno? 

Es el elemento químico más simple: su número atómico es 1 y su peso atómico es 1.00784 u. Es el combustible que contiene mayor energía por unidad de masa, es decir, 1 kg de H2 es equivalente a 2,78 kg de gasolina ó 2,8 kg de gasóleo. Por contra, el hidrógeno tiene muy baja densidad energética por unidad de volumen; en otras palabras, se necesitará mayor espacio para almacenar 1 kg de H2 que 1 kg de gasolina, y por eso se almacena a altas presiones.

[Con la colaboración de Red Eléctrica de España]

Otra de sus ventajas es que es el elemento químico más abundante. Se puede encontrar en el 75 % de la materia del universo, pero en la Tierra no se encuentra aislado sino formando compuestos químicos como, por ejemplo, el agua (H2O) o el metano (CH4). El que no se encuentre aislado de forma natural motiva que no sea una fuente de energía, sino un vector energético, que son aquéllos que no podemos utilizar directamente como el gas natural, el sol o el viento, sino extraerlo mediante un proceso químico. La forma de obtener el hidrógeno da origen al arco iris de colores que usamos para referirnos a él. Estos son los principales:

  1. Gris: Se obtiene por reformado del gas natural, es el más barato de producir, pero genera una cantidad significativa de CO2. 
  2. Azul: El hidrógeno azul se produce a partir de gas natural y las emisiones que genera se capturan para ser almacenadas o reutilizadas (por ejemplo, para fabricar eco-combustibles).  
  3. Verde: El hidrógeno verde es también llamado renovable y se produce por electrólisis, un proceso que consiste en romper la molécula de agua, obteniendo hidrógeno y oxígeno.  
  4. Rosa: Se produce por electrólisis del agua, pero la electricidad que se emplea para ello es de origen nuclear.
  5. Marrón: similar al gris, pero generado a partir del carbón. 

¿Para qué sirve?

Actualmente, de los 50 millones de toneladas que se producen al año de hidrógeno, cerca del 50% se destina a obtener amoniaco para fertilizantes. La industria petroquímica emplea casi el 40% en el refinado de petróleo para partir las largas cadenas de hidrocarburos en fracciones más ligeras, reduciendo la suma de partículas, azufre y aromáticos existentes en la gasolina y el gasóleo. También se produce H2 para elaborar metanol, hidrogenar productos alimenticios o refrigerar motores y generadores

Se espera que el consumo mundial de hidrógeno crezca un 400% en 2050, motivado principalmente por su uso como vector energético y apoyado por estrategias nacionales de hidrógeno en más de 20 países. De su uso energético destaca que sólo desprende vapor de agua, evitando así las emisiones de CO2 y otros gases de efecto invernadero. Es, por tanto, un vector energético limpio. El hidrógeno puede ser almacenado durante largos periodos de tiempo (incluso meses), lo que lo convierte en un candidato ideal como reserva estratégica de energía. Actualmente, los países almacenan petróleo y carburantes para tener recursos en caso de emergencia o escasez. Si en lugar de importar hidrocarburos empleasen hidrógeno verde, mejorarían su balanza económica de forma sostenible.

El hidrógeno puede emplearse como una opción cero emisiones en casi todos los sectores que hoy en día dependen de los combustibles fósiles y son difíciles de descarbonizar, por ejemplo: calefacción, el transporte y los procesos industriales que requieren calor y altas temperaturas.

La descarbonización del transporte es uno de los retos clave, por ser el causante de alrededor del 25% de las emisiones de efecto invernadero de la UE y el único sector cuyas emisiones que siguen aumentando. El confinamiento provocado por la pandemia de Covid-19 redujo de forma impactante los niveles de contaminación en muchas ciudades, evidenciando la urgencia de desarrollar combustibles limpios. Las dos grandes apuestas para la descarbonización del transporte son los vehículos eléctricos o los de hidrógeno. La vuelta a la movilidad basada en hidrógeno tendría cierto romanticismo, porque el primer vehículo de combustión interna lo diseñó Francois Isaac de Rivaz en 1806 y consumía hidrógeno.

Este elemento tiene grandes detractores como Elon Musk, pero se perfila como la opción preferente para descarbonizar el transporte de larga distancia, el pesado y de alta potencia como camiones, trenes, aviones o naves espaciales. Es evidente, como indica Musk, que es más eficiente emplear directamente la electricidad y evitar la conversión a hidrógeno, pero hay dos factores importantes:

  • Las baterías son aún demasiado pesadas y tienen tiempos de carga largos.
  • Avanzamos hacia una red eléctrica que producirá tanta energía renovable barata fuera de las horas pico que será necesaria almacenarla y encontrarle otros usos.

El futuro será probablemente, una combinación de diferentes soluciones de movilidad de cero emisiones, entre las que destacará el hidrógeno.

Los retos

El principal es la infraestructura para su uso, pues al ser un gas tiene que ser comprimido para su transporte. Inicialmente, el hidrógeno se inyectará progresivamente en las redes de gas natural, con las que es compatible hasta en ciertos porcentajes. A partir de ahí, será necesario adecuar estas redes para transporte de hidrógeno en sustitución del gas natural. Para su almacenamiento en grandes cantidades se estudia el uso de almacenamientos geológicos mineros, por ejemplo, en cavernas de sal o yacimientos agotados de gas natural. Otra solución es transformar el hidrógeno en un portador energético como el amoniaco o el metanol, que al ser líquidos se facilita su transporte. 

El futuro

El sector de las energías renovables será un clave en la reconstrucción económica post pandemia. Apostar decididamente por un modelo productivo bajo en emisiones requerirá adaptación, pero constituye también una oportunidad para revitalizar la economía y agilizar el proceso de recuperación. España se ha marcado como objetivo alcanzar la neutralidad energética en 2050 vía ambiciosos objetivos para 2030, como multiplicar por cuatro la potencia instalada de energía solar (termosolar y fotovoltaica) y por dos la eólica, aumentando nuestro mix energético un 74% renovable. Son objetivos ambiciosos, pero en 2020 el 43,6% de la cuota de generación ha sido renovable, algo impensable hace unos años.  En este contexto, el hidrógeno permitirá gestionar y almacenar la energía renovable, incrementando su penetración

Implantar la economía del hidrógeno, de la que ya hablaba Jeremy Rifkin en 2002, traerá asociado el desarrollo de tecnologías, tejido industrial y creación de puestos de trabajo. La Hoja de Ruta del Hidrógeno contempla una inversión conjunta de empresas y administración de 8.900 millones para los próximos 10 años. Según el Instituto de Investigación en Energía de Catalunya (Irec), el potencial de producción de energía renovable de España está por encima de los 3000 TWh/año. Esto es un orden de magnitud superior al consumo actual de electricidad y unas 30 veces la producción actual de energías renovables. Estas cifras muestran que España puede liderar la producción de hidrógeno verde y exportarlo al resto de Europa y Norte de África. En las subastas celebradas en los últimos meses en España, Portugal y los Emiratos Árabes Unidos, los precios oscilaron entre los 11 y los 14 euros/MWh para la energía solar fotovoltaica. Teniendo en cuenta que aproximadamente el 80% del coste de producción del hidrógeno verde es la electricidad, el objetivo de producir hidrógeno a 2 €/kg antes de 2030 resulta bastante realista.

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