Hidrógeno
El hidrógeno, ¿qué hay de nuevo, viejo verde?

Aviones, autobuses urbanos, trenes, sin emisiones dañinas al medio ambiente… 150 años después de que el gran Julio Verne calificara el hidrógeno obtenido a partir de electrólisis del agua como el combustible del futuro, cada día se ven más ejemplos prácticos de este combustible en usos cotidianos. ¿Será esta una realidad en los próximos años? ¿Podría ser el hidrógeno el verdadero complemento que necesitan las renovables? ¿Podrá ofrecer una perspectiva de independencia energética futura?

La ELP 2050 es la hoja de ruta que marca el Ministerio para la descarbonización de la economía de cara al año 2050, fruto de los compromisos adquiridos en el Acuerdo de París. Supone un enorme reto a menos de 30 años vista, pero también supone oportunidades tecnológicas, laborales, empresariales… Los modelos no tienen por qué ser únicos, pero sí buscan el mismo objetivo: la descarbonización de la economía. A esta ELP la acompaña un documento más específico sobre el H2 en concreto: “La ruta del hidrógeno”, que estudia más en profundidad la situación actual tecnológica, pone en valor proyectos en curso en nuestro país, analiza escenarios e incluso plantea los objetivos:

¿Qué está ocurriendo? ¿Podría ser el boom del H2? ¿Qué madurez tienen sus tecnologías? ¿Son rentables? ¿Cómo pueden ayudar a nuestra economía? ¿Cuáles son sus pros? ¿Y sus contras? ¿Qué retos tecnológicos exigen? ¿O es acaso todo esto otro cuento más del lobby “ecoprogresista” para sacar dinero a personas incrédulas? Ojalá tuviera respuestas a todo, en este artículo pretendo aclarar algunas de estas cuestiones, dar pie al lector sobre otras de las que aún no hay respuestas claras y profundizar un poco en esta tecnología y sus aplicaciones, más en concreto sobre el sector transporte.

1. ¿Qué es el hidrógeno?

El hidrógeno H2 es la molécula formada por dos átomos de H. Se le denomina “vector energético” porque es un producto fabricado; el H2 no existe por sí solo en la naturaleza terrestre, sino que aparece enlazado con otros compuestos (C, N, …), aunque sí que se ha venido usando desde hace mucho tiempo en la industria. Tradicionalmente se ha obtenido desde el carbón o el gas y se ha usado con fines químicos para precipitar ciertas reacciones en la fabricación de amoniacos y metanol, o en las refinerías de crudo entre otras. A estos hidrógenos se les llama MARRÓN, si su origen es el carbón (altamente intensivo en producción de CO2 y CO, entre otros subproductos), GRIS si su origen es cualquier otro combustible fósil, y AZUL si es gris sometido a un proceso de captura y almacenamiento de carbono. Se denomina HIDRÓGENO VERDE al conseguido a través de electrólisis del agua usando electricidad proveniente de fuentes renovables.

2. ¿Para qué se puede usar el hidrógeno?

La demanda mundial actual de H2 es de unas 70 millones de toneladas anuales, del cual actualmente solo un 5% es verde. Entre los diversos procesos para la obtención de hidrógeno a partir de combustibles fósiles, el reformado con vapor es el más utilizado. Sin embargo, durante estos últimos años se ha observado una verdadera proliferación de investigaciones sobre nuevos métodos de producción de hidrógeno:

- Las células fotoelectroquímicas, que pueden generar hidrógeno directamente a partir de la luz del sol (fotólisis del agua).

- El uso de microorganismos para aumentar la proporción de hidrógeno en el biogás.

- La disociación de la molécula de agua a muy alta temperatura (por encima de 2000 °C) en plantas de energía termosolar, por ejemplo.

La demanda mundial actual de H2 es de unas 70 millones de toneladas anuales, del cual actualmente solo un 5% es verde.

Pero aparte de sus usos tradicionales en la industria química y petrolera, el hidrógeno tiene otras posibilidades de uso directo y tecnológicamente disponibles:

- A través de una pila de combustible, para generar electricidad, produciendo agua como subproducto. Se trata justo de la reacción inversa que ocurre en su síntesis. En la electrólisis se separa el hidrógeno del oxígeno usando una corriente eléctrica y en la pila se aprovecha el potencial de los iones de esta reacción para generar la corriente eléctrica. Tienen una durabilidad larga y un mantenimiento en la práctica casi inexistente, y no solo aportan electricidad, sino que el calor y el agua que generan también pueden ser aprovechados (en climatización/ACS o industria). Son tecnologías que aún están madurando en eficiencia energética y nuevos materiales, pero que son sencillas, seguras y ya están consolidadas desde hace muchos años.

- Combustionando con O2 para generar calor, se crea también como subproducto el agua. En este caso, al alcanzar la combustión del hidrógeno unas temperaturas particularmente altas, es posible que se generen compuestos contaminantes como los nitratos. Estos subproductos en todo caso se podrían filtrar antes de devolver los gases.

- Como precursor de otros combustibles sintéticos: Singas (gas sintético), queroseno, metanol, etc., mediante diversas reacciones químicas, normalmente usando CO o CO2. Si el origen de ese carbono es ambiental (mediante captura), el balance total en carbono de estos combustibles es neutro.

Este variado escenario da pie a distintas soluciones en movilidad:

- Motores de combustión parecidos a los actuales, pero con un combustible limpio y en un modelo circular libre de carbono (fabricantes como Toyota o Cummins han presentado prototipos y expresado sus intenciones de apostar también por esta tecnología). Ese gran poder calorífico del hidrógeno requiere soluciones específicas y adaptadas en estos motores, así como nuevos materiales.

- La pila de hidrógeno para vehículos pesados y de movilidad urbana, liberando de los procesos de carga de baterías y ganando espacio y capacidad de carga. Incluso en líneas de tren ahorrando en instalaciones de soporte eléctrico.

- Y para el pequeño uso personal/familiar quedarían los vehículos con baterías, que son los más eficientes.

Si se logra deslocalizar la producción del hidrógeno, y fabricarlo (o desplazarlo poco) a los lugares de consumo, la eficiencia económica sería gigantesca. Podría imaginarse incluso un escenario en el que parte del hidrógeno fabricado con los excesos de generación renovable se utilice para sintetizar “singas” que se reutilice de nuevo en los ciclos combinados para tapar los huecos de generación renovable… ¿Sería esto una locura? En principio, y técnicamente, no, aunque habría que estudiar la eficiencia de todo el proceso, porque quizás hay otras soluciones mejores a futuro.

¿Qué ventajas tiene? ¿Y qué desventajas?

El hidrógeno tiene un alto poder calorífico superior (141 MJ/kg), siendo del orden de tres veces superior al del diesel (43,1 MJ/Kg). Como desventajas hay que reseñar que, después del helio, es el gas más difícil de licuar (temperatura de licuefacción = -253 ºC, lo que supone un reto tecnológico y logístico actualmente) y su energía por unidad de volumen es una tercera parte de las del gas natural o el diesel, lo que lo hace aparatoso de transportar por los grandes volúmenes que requiere para masas relativamente pequeñas. La licuefacción sería el único método de optimizar ese transporte, pero a costa de pérdidas energéticas significativas, obviamente.

Su implantación en la industria está creciendo; Arcelor Mittal, por ejemplo, ya está en pruebas de readaptación de sus procesos siderúrgicos en la fabricación de acero en Alemania, sustituyendo el carbón por el H2. Este hidrógeno lo aportarán parques eólicos dedicados en las proximidades. Alemania tiene un problema de evacuación de su generación renovable del Norte hacia el Sur cuando hay exceso de viento, por lo que una de las soluciones propuestas ha sido desconectar generación eólica del sistema eléctrico y dedicarla exclusivamente a producción de hidrógeno. Ventajas: el parque no compite en un mercado diario ni está sujeto a restricciones técnicas que no controla, ni a variaciones de precios ni a cortes, averías, mantenimientos de red… vierte toda su producción, y no hay necesidad de que esta sea constante, con lo que su rentabilidad también aumenta, y en cierta medida desahoga a las redes eléctricas. Esto supone una ventaja crucial en el desarrollo de las energías renovables, porque elimina la dependencia del Punto de Conexión que es el limitante número uno en la apertura de nueva generación renovable hoy en día. Dedicar parques de manera exclusiva a producción de hidrógeno te libera de ese necesario punto de conexión, y te permite buscar ubicaciones con mejores recursos de partida, o más baratas. Y, en todo caso, las electrolizadoras en el sistema eléctrico podrían actuar a modo de baterías para absorber los picos de generación y evitar algunos “curtailments” de origen técnico si se asocian desde origen de generación a instalaciones elecrolizadoras.

Al final el mayor interrogante y a la vez el mayor limitante para el desarrollo de esta nueva economía del hidrógeno es el precio de fabricación a escala industrial del propio combustible… Una producción barata significará un modelo barato y sostenible.

Resumiendo, y ampliando otros conceptos como pros y contras:

¿Es el hidrógeno la tecnología del futuro? De momento no, pero es prometedora, y no deberíamos descolgarnos de este tren tecnológico. España dispone de un potencial renovable tremendo y una gran infraestructura gasista ya operativa: todo eso en conjunto se puede explotar económicamente, y en los próximos años veremos que serán cada vez más frecuentes los picos de generación renovable que no podremos absorber. Esta industria electrointensiva de almacenamiento de hidrógeno verde nos dará también versatilidad para mantener el pool eléctrico y absorber los excedentes de producción en momentos puntuales.