Hidrógeno, más allá del aire caliente

En un innovador experimento, el científico inglés Henry Cavendish aisló el gas mezclando metal y ácido para producir lo que llamó «aire inflamable» que generaba agua al quemarse. Por desgracia, las mentes más brillantes del mundo no han avanzado mucho en este sentido desde entonces.

Los esfuerzos por convertir el hidrógeno en una fuente de energía limpia se han visto obstaculizados permanentemente debido a los costes que conlleva. El gas ha sido muy caro de producir, almacenar y transportar, motivo por el que muchos expertos lo han pasado por alto como alternativa viable al combustible fósil. Sin embargo, avances recientes sugieren que esta perspectiva ya dejado de dominar.

Desde Europa hasta Asia y el Pacífico, gobiernos y empresas (productores de gas y electricidad, empresas de servicios públicos y fabricantes de automóviles) están incrementando la inversión para desarrollar nuevas tecnologías basadas en hidrógeno.

Estos esfuerzos no son palos de ciego. Sino que más bien atestiguan avances que sugieren que los costes de producción del hidrógeno podrían reducirse pronto tan vertiginosamente como los de la energía eólica o solar. Esto debería facilitar la integración del hidrógeno en la combinación de energía sin carbono.

El hidrógeno podría ser el gas más abundante, pero no existe en su estado puro en la atmósfera. Existen solo algunas formas de extraerlo, todas ellas complicadas y costosas. Hoy en día, en torno a un 95 % del hidrógeno es «marrón» o «gris» – extraído mediante un proceso en el que se elimina del carbón o del gas natural modificando el metano o el hidrocarburo. Se estima que estos procesos industriales producen unos 11 kg de dióxido de carbono en emisiones indirectas para generar tan solo 1 kg de hidrógeno. Aquí es donde el hidrógeno «azul » (con una huella de carbono muy inferior)  puede ayudar.

El proceso empleado para producir hidrógeno azul empieza de la misma forma que el que se utiliza para el hidrógeno gris. Pero lo que diferencia a la variedad azul de la gris es que la primera añade un proceso adicional diseñado para reducir las emisiones de CO2 asociadas a la producción de hidrógeno. Para esto, aplica la tecnología de Captura y Almacenamiento del Carbono (CAC) que entierra el subproducto de carbono en depósitos subterráneos. No resulta barato (véase el gráfico). Y tampoco está completamente exento de emisiones. Los expertos aseguran que el hidrógeno azul empieza a tener un coste competitivo si los precios del carbono —o un coste imponible a los contaminadores de carbono — se fijan en torno a 60-70 EUR por tonelada de CO2 y si la industria aumenta la tecnología CAC comercial.

Hacer el hidrógeno más verde

Dadas todas las deficiencias medioambientales del hidrógeno marrón, gris y azul, el hidrógeno «verde» es quizás el que ofrece la solución más sostenible. El hidrógeno verde proviene de la electrólisis del agua – un proceso que separa el agua en oxígeno e hidrógeno utilizando una corriente eléctrica generada por fuentes renovables como el sol o el viento. Este proceso produce cero emisiones de carbono, por eso se conoce como «verde». No obstante, es también con diferencia el más caro de todos los métodos de producción. En todo el mundo, la capacidad de hidrógeno verde ha aumentado de 1 MW en 2010 a 25 MW en 2019, según la Agencia Internacional de la Energía, gracias al drástico descenso de los costes de la energía renovable. El problema es que el proceso representa menos del 0,1 % de la producción total de hidrógeno actual.¹ Pero invirtiendo en el crecimiento tecnológico, el panorama podría cambiar drásticamente en la próxima década. La UE, con un ambicioso objetivo de reducción de CO2, pretende instalar 6 GW de capacidad de hidrógeno verde con un coste estimado de entre 5000 y 9000 millones de EUR, que aumentarían hasta los 80 GW en 2030 ,con una inversión de hasta 44 000 millones de EUR. Las inversiones totales en hidrógeno renovable en Europa podrían ser de hasta 470 000 millones de EUR en 2050, lo que supondría una proporción de hidrógeno en la combinación de energía de Europa del 13-14 % en 2050, partiendo de menos del 2 % actualmente.²

Los mandatos y políticas actuales (unos 50 implementados en el mundo) se centran principalmente en introducir hidrógeno verde en el sector del transporte. Algo que resulta razonable. El transporte representa alrededor de una quinta parte de las emisiones anuales y es la principal causa de contaminación en las ciudades. Los avances en pilas de combustible —que funcionan como baterías pero no necesitan cargarse— son vitales, ya que podrían acelerar el uso del hidrógeno en vehículos. Pero aquí es donde los entusiastas del hidrógeno deberían moderar su optimismo. Las pilas de combustible normalmente convierten el hidrógeno como combustible en electricidad que luego propulsa los vehículos. No obstante, la eficiencia energética de las pilas de combustible —medida por la cantidad de electricidad final que pueden extraer por 100 unidades de energía normalmente renovable— se sitúa en un triste 26 %. Esto contrasta con el 69 % de las baterías (si bien las pilas de combustible son superiores a los motores de combustión internos, que funcionan al 13 %).³ Las pilas de combustible juegan con desventaja debido a la pérdida energética que sufren durante procesos de conversión como la transmisión, la electrólisis y el transporte, así como en aplicaciones mecánicas y en motores eléctrico.

Pese a todo, el coste de los sistemas de pilas de combustible está cayendo drásticamente gracias al avance de la tecnología y a las economías de escala. Hace pocos años, costaba más de 1000 dólares estadounidenses producir un único kilovatio de energía procedente de pilas de combustible de hidrógeno. En 2019, el coste se ha reducido a solo 53 dólares estadounidenses por kilovatio, según el Departamento de Energía de los EE. UU.. Esto debería contribuir a promover un uso más amplio en ciertos tipos de vehículos donde las baterías no pueden competir en términos económicos debido a los largos tiempos de recarga. Los expertos aseguran que los vehículos con pilas de combustible, utilizados en segmentos especializados de potencia media y vehículos pesados como autobuses o camiones, podrían alcanzar la paridad en el coste total de propiedad con el diésel entre 2028 y 2033.

La infraestructura también necesita crecer. A finales de 2019, había 470 estaciones de servicio de hidrógeno funcionando en todo el mundo: un 20 % más que en 2018.

Concretamente Asia es una región con un enorme crecimiento. La infraestructura de hidrógeno de Japón es la mayor del mundo, con 113 estaciones de servicio, y el gobierno del país está apostando con fuerza por el futuro del hidrógeno, a través de una política industrial y una inversión muy ambiciosas. En China, el número de estaciones de servicio se ha triplicado hasta las 61 en 2019. Las autoridades chinas están explorando nuevas posibilidades en el ferrocarril propulsado por hidrógeno, tras un exitoso programa piloto en 2019. El hidrógeno nos tiene acostumbrados a prometer de más y cumplir de menos. Pero una intensa carrera por desarrollar nuevas tecnologías, respaldada por grandes inversiones gubernamentales, está cambiando los cálculos. La batalla contra el cambio climático a través de la descarbonización es un desafío que requiere un planteamiento en el que todo el mundo se ponga manos a la obra. El hidrógeno podría ser pronto parte creíble de tal transición.