Hidrógeno verde: ¿por qué es el combustible de moda?
En respuesta a los problemas en el suministro de gas procedente de Rusia tras la invasión de Ucrania, en mayo de 2022 la Unión Europea presentó el Plan REPowerEU con el objetivo de reducir rápidamente la dependencia de los combustibles fósiles rusos y avanzar en la transición energética. El hidrógeno es uno de los grandes protagonistas del plan, como prueba la lluvia milmillonaria de dinero público europeo que se destinará a apoyar la investigación e innovación de su cadena de valor junto al despliegue industrial y la construcción de infraestructuras relevantes, en el marco de dos IPCEI, Proyectos Importantes de Interés Común Europeo: Hy2Tech y Hy2Use. Uno de los proyectos que aspira a conseguir financiación es el H2MED, una red de infraestructuras gasistas para transportar hidrógeno verde que pretende convertirse en la columna vertebral de suministro en Europa, avalado por España, Portugal, Francia y Alemania. ¿Estamos ante la solución a nuestros problemas de suministro energético y emisión de gases que provocan el cambio climático?
La posibilidad de utilizar hidrógeno como combustible es conocida de antiguo. En 1842, William Robert Grove, pionero en el desarrollo de las llamadas células de combustible, demostró que el vapor de agua puede disociarse en hidrógeno y oxígeno y que estos, al mezclarse en la reacción contraria, producen energía. El gas de dihidrógeno (H2, la molécula que se utiliza como combustible) es una sustancia inflamable y difícil de detectar, a la que precedía la mala fama por el famoso accidente del dirigible Hindenburg en 1937, en el que murieron 36 personas.
Ha llovido mucho desde entonces, y tanto las medidas técnicas como la normativa en materia de seguridad han evolucionado considerablemente. De hecho, ya en la década de los 60 del pasado siglo la NASA utilizó células de combustible de hidrógeno en el programa Gemini, y posteriormente lo hizo en el programa Apolo que llevó a los astronautas a la Luna. También fueron utilizadas en el transbordador espacial y en la Estación Espacial Internacional donde, además de electricidad, se reservaba el agua obtenida en la reacción para el consumo de los astronautas. El uso de hidrógeno como combustible no se ha limitado a la carrera espacial: una amplia variedad de industrias lo utilizan en la actualidad, desde refinerías hasta fábricas de vidrio, plantas de hidrogenación de grasas o farmacéuticas, entre otras.
¿Por qué se ha puesto tan de moda en estos momentos, tratándose de un combustible tan conocido y ampliamente utilizado? Para contestar a esta pregunta debemos comenzar por recordar que el hidrógeno, siendo el elemento más abundante del universo (el 75% de toda la materia existente es hidrógeno), es rarísimo encontrarlo aislado en la Tierra. En nuestro planeta la mayor parte se encuentra combinado con oxígeno para formar agua (H2O), y en hidrocarburos como el gas natural, el carbón o el petróleo combinado con carbono. La molécula de dihidrógeno (H2) puede extraerse de cualquiera de los materiales anteriores, pero para romper los enlaces moleculares necesitamos inyectar energía. Esta es la razón por la que no se le considera una fuente primaria de energía sino un vector: una vez extraído se convierte en un “almacén de energía” que puede transportarse de un lugar a otro.
Como combustible, el hidrógeno es limpio, respetuoso con el medio ambiente; la reacción entre el hidrógeno y el oxígeno de la que se obtiene energía genera agua como producto resultante sin dejar residuos en el aire. No puede decirse lo mismo del proceso inverso, el que nos permite obtener el hidrógeno, pues depende tanto del material que se utilice para extraerlo como del tipo de energía empleada. Así, aunque el resultante siempre sea gas incoloro de dihidrógeno, los efectos para el medio ambiente son bien diferentes. Para distinguir el tipo de proceso por el que ha sido obtenido, el gas es etiquetado con un color.
Los colores negro, marrón y gris se utilizan para indicar que el hidrógeno se ha extraído de carbón, lignito y metano respectivamente, mediante procesos que emiten CO2 y metano. Hasta el año 2019 el 95% de todo el hidrógeno empleado en el mundo como combustible era de uno de estos 3 colores; su extracción es responsable de la emisión del 2% de gases de efecto invernadero a nivel global, una huella similar a la del tráfico aéreo. A estos colores, altamente contaminantes, se ha añadido el azul. Aunque también se obtiene del metano, el CO2 resultante es capturado y almacenado bajo tierra. La idea de almacenar CO2 bajo tierra no resulta particularmente atractiva, a lo que se suma que durante el proceso de extracción una parte del metano puede escapar a la atmósfera. En la actualidad el porcentaje de hidrógeno azul apenas llega al 1%.
La alternativa es utilizar electrolisis, la reacción inversa a la combustión que consiste en pasar una corriente eléctrica externa a través de agua para separar el hidrógeno del oxígeno, un proceso en el que no se generan gases contaminantes. Cuando se emplea energía nuclear para alimentarla el hidrógeno resultante es etiquetado como rosa, mientras que si se utilizan energías renovables, como la solar o la eólica, se indica con el color verde. El hidrógeno verde es así el único cuya extracción es 100% respetuosa con el medio ambiente, razón por la que se ha puesto tan de moda en esta época de transición hacia un nuevo modelo basado en energías limpias.
El papel del hidrógeno verde en la ruta hacia la descarbonización
El hidrógeno verde ha adquirido un considerable peso específico en la hoja de ruta hacia la descarbonización. Es un combustible limpio, y cuando es obtenido mediante electrolisis del agua utilizando energías renovables su proceso de extracción también lo es. Adicionalmente, su uso aporta varias ventajas de cara al nuevo modelo energético, entre las que destacan las siguientes:
- La producción de energía solar es estacional, y junto a la eólica tiene una alta dependencia de las condiciones meteorológicas, sólo parcialmente previsibles y en absoluto controlables. Puesto que la energía eléctrica se tiene que ir produciendo para ir cubriendo la demanda, esta discontinuidad supone una seria dificultad en la gestión de la red eléctrica. El hidrógeno verde aporta una solución al poder ser utilizado como almacén donde acumular los picos de producción que excedan de la demanda. El excedente podría derivarse a parques de electrolizadores para generar hidrógeno verde cuya energía puede ser consumida, a posteriori, mediante el uso de células de combustible.
- Descarbonizar las industrias pesadas como las cementeras, las químicas o las siderúrgicas resulta muy urgente por su altísima huella de carbono. En Europa son responsables del 14% del total de emisiones de gases de efecto invernadero, porcentaje que aumenta hasta el 30% en todo el mundo. Sin embargo, son particularmente difíciles de electrificar al 100% debido a las altísimas temperaturas que requieren. La utilización del hidrógeno verde como combustible es una de las principales palancas de las que disponen estas industrias en su hoja de ruta hacia las emisiones netas cero.
- Otro sector donde el hidrógeno verde se está posicionando es el transporte pesado. Las baterías que utilizan los coches eléctricos tienen una densidad de energía baja, lo que limita la autonomía y obliga a altos tiempos de recarga. La densidad energética del hidrógeno comprimido, mucho más alta, lo convierte en un combustible más factible para mover el transporte pesado.
Si bien parece bastante claro que el hidrógeno verde va a desempeñar un papel importante en la transición energética, hay numerosos desafíos técnicos que deben ser abordados en el corto-medio plazo. El primero proviene de las propias características del gas, cuya alta energía específica no compensa su bajísima densidad: se necesita el triple de volumen de gas de hidrógeno que de gas natural para obtener la misma energía. Esto complica considerablemente tanto la logística de la producción como la del transporte, dificultad que se agudiza debido a que el dihidrógeno es una molécula extraordinariamente pequeña que presenta un elevado riesgo de fuga. Utilizar la infraestructura gasística actual para transportar hidrógeno es directamente inviable, pues los aceros de las tuberías se fragilizan y fracturan en contacto con la molécula de dihidrógeno, que se adhiere a sus paredes. Se ha propuesto reforzar las paredes y mezclar pequeñas cantidades de hidrógeno (5%-10%) con gas natural para su transporte conjunto, aunque las dificultades técnicas son muy altas y, en cualquier caso, sería una solución sólo válida para las fases más tempranas del plan de transición energética. La conclusión es que se necesitan nuevas infraestructuras diseñadas exprofeso para su transporte.
Como ocurre con cualquier otro material altamente inflamable, los riesgos de fuga de combustible tienen que controlarse por una obvia cuestión de peligrosidad, aunque en el caso del hidrógeno el tema va más allá. Si se produjesen pequeñas pérdidas sostenidas a la atmósfera, la minúscula molécula de dihidrógeno desencadenaría reacciones químicas que contribuirían a alargar la vida de los gases de efecto invernadero, del ozono troposférico y del vapor de agua estratosférico, es decir, contribuirían al calentamiento global. La comunidad científica está alertando sobre la necesidad de medir y controlar estrictamente cualquier posible fuente de pérdidas, pues estas podrían transformar un combustible respetuoso con el medio ambiente en otro tan contaminante como los hidrocarburos.
Otro de los aspectos técnicos bajo estudio pone el foco en el agua que se utiliza en la electrolisis. Los electrolizadores actuales utilizan agua pura, un bien imprescindible para la vida que cada vez es más escaso. Lo más adecuado sería utilizar agua de mar, pero esto no es tan sencillo debido a que el cloruro sódico y las sales orgánicas corroen los electrodos de los catalizadores acortando enormemente su vida útil. Desalinizarla y purificarla como paso previo a su uso tampoco parece viable, pues incrementaría enormemente el coste de un combustible que, ya de por sí, es poco eficiente en términos energéticos; se calcula que en su producción y transporte puede llegar a perderse entre un 50% – 80% de la energía utilizada. Para solventar el problema del agua se están planteando otras soluciones, como recubrir los electrodos para mantener su efectividad, o reemplazarlos por otros materiales más resistentes.
Precisamente el tipo de materiales que se emplean como catalizadores tanto en la electrolisis como en las células de combustible es otro de los desafíos técnicos a abordar. Entre estos materiales destacan el platino y el iridio, dos metales muy caros, y muy escasos. El uso de iridio en particular, cuyas reservas sólo se encuentran en Sudáfrica, Rusia y Zimbabue, ya se ha señalado como uno de los principales problemas a los que se enfrenta la futura utilización intensiva de hidrógeno verde.
Finalmente, hay que hacerse eco de la preocupación mostrada por algunas organizaciones ecologistas ante el riesgo de que la prioridad otorgada por la Unión Europea a los proyectos relacionados con la cadena de valor del hidrógeno evite que sean sometidos a una evaluación de impacto ambiental. Por muy apremiante que sea, la transición energética hacia fuentes limpias no puede hacerse al precio de dañar aún más la biodiversidad del planeta. Desvestir a un santo para tratar de vestir otro es un solemne disparate que hay que evitar a toda costa.
No hay que trivializar la transición energética
El aumento brusco de la temperatura media del planeta debido a la emisión antropogénica de gases de efecto invernadero está provocando una severa dislocación de su equilibrio biofísico. La opinión generalizada y fundamentada de la comunidad científica es que debe discontinuarse el uso de combustibles fósiles por la vía de urgencia, implantándose un nuevo modelo energético sostenible y respetuoso con el medio ambiente. En este futuro modelo el hidrógeno verde parece que tendrá un papel importante, pero no hay que llamarse a engaño creyendo que estamos ante el milagro de los panes y los peces. De hecho, la Agencia Internacional de la Energía Renovable ha estimado que el hidrógeno podría suplir el 12% del mix energético en 2050, con un uso fundamentalmente enfocado en la industria pesada y el transporte de mercancías.
La prioridad: reducir el consumo
Lejos de ser tan simple como sustituir un tipo de energía por otro como quien se cambia de zapatos, la transición energética es extraordinariamente difícil, un auténtico puzle que involucra cambios en nuestra actual forma de vida. Esto nos obliga a entablar una reflexión pública abierta, un debate que debe alejarse del populismo que intoxica nuestra convivencia dificultando la ya de por sí compleja situación que afrontamos como sociedad global. Afortunadamente, hoy en día (casi) nadie parece poner en duda que hay que evolucionar hacia un modo de vida sostenible, pero una mayoría se resiste a aceptar que es necesario moderar, y mucho, el consumo de energía. Hay que decrecer en términos energéticos. Es importante insistir en que el decrecimiento energético no es una suerte de ideología, ni un nuevo modelo económico, ni mucho menos el capricho de un grupo de ecologistas impertinentes. Estamos ante una necesidad impuesta por los límites biofísicos del planeta; cuanto más tardemos en aceptar esta realidad, más gruesa se irá haciendo la madeja, y más costoso será desenredarla.
La transición energética no sólo está siendo motivada por el cambio climático: los combustibles fósiles parecen estar próximos a sobrepasar su pico de extracción, si es que no lo han hecho ya. Dicho de otra forma, los combustible fósiles han comenzado a agotarse. Cada vez resulta más difícil y más costoso extraerlos, situación que anima a los grandes emporios energéticos a virar su mirada hacia otras fuentes alternativas de energía. Esta confluencia de intereses es evidente que tiene una cara positiva, pues hace que todos rememos en la misma dirección, pero se corre el riesgo de que los grandes actores económicos trivialicen la situación al tratar de convertirla en una vía para seguir haciendo negocio lucrativo, y rápido. El objetivo de la transición energética no puede ser otro que el de preservar la salud del planeta, y la última palabra debe siempre corresponder a una ciudadanía que tiene tanto el derecho a ser informada, como la obligación de informarse.
COMPROMETIDA CON EL MEDIO AMBIENTE, HACE SOSTENIBLE ‘EL ASOMBRARIO’.
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