▶ Imagina solo por un momento, que toda la energía que necesitamos (y más) estuviera disponible al alcance de la mano, almacenada libremente en el elemento más común del planeta.
▶ Imagina que esta misma energía pudiera cosecharse y utilizarse para impulsar muchos sectores de nuestra economía y múltiples facetas de la actividad humana.
▶ Imagina que pudiera librarnos para siempre de los combustibles fósiles, que hacen tanto daño al medio ambiente.
Para los no iniciados, esto puede sonar como una película de ciencia ficción, una solución imaginaria a nuestros problemas ambientales. Sin embargo, este escenario tan utópico no está tan alejado de la realidad. Está en camino: es la energía de hidrógeno.
El gran aporte de la energía de hidrógeno
La energía de hidrógeno es la gran esperanza para descarbonizar sectores fundamentales, que tienen el inconveniente de generar grandes niveles de contaminación ambiental.
El combustible para lograr esta revolución es el hidrógeno verde. Este tipo de hidrógeno no utiliza combustibles fósiles, sino energía renovable para potenciar la electrólisis del agua y producir gas hidrógeno.
La transformación de las energías renovables en gas almacenable supera dos de las limitaciones que actualmente ralentizan el avance de las renovables. La energía solar y eólica dependen del sol y del viento, en otras palabras, son inconsistentes. Además, su generación no siempre se sincroniza con la demanda.
Lo único que se necesita para producir hidrógeno verde es agua y un equipo conocido como electrolizador. Una vez se obtiene ese producto final tan importante, su versatilidad es incomparable.
El origen y futuro de la energía de hidrógeno
La inmensa mayoría del hidrógeno producido se obtiene por la ruptura de la molécula de agua en oxígeno e hidrógeno. Si bien la combustión en un motor de hidrógeno solo genera agua, la mayoria de la combustión de hidrógeno aún genera contaminación. El motivo es que en torno al 95 % del hidrógeno, que se produce actualmente es de tipo hidrógeno marrón. Se denomina así porque que en su obtención se utilizan combustibles fósiles y, por tanto, se emite CO₂.
Alcanzar los objetivos de descarbonización planteados por la Comisión Europea para los próximos treinta años supone incrementar radicalmente la producción del llamado hidrógeno verde. Este se produce utilizando energía de fuentes sostenibles (como la eólica, fotovoltaica, geotérmica, termosolar, mareomotriz) para conseguir la ruptura de la molécula de agua.
Adicionalmente, la integración de estas fuentes de energía sostenible con sistemas de producción de hidrógeno contribuye a paliar algunas de las limitaciones fundamentales de las primeras, como son la intermitencia y el eventual desfase entre producción y demanda. El hidrógeno producido almacena la energía sobrante, que será liberada más adelante.
Tecnologías asociadas a la energía de hidrógeno
La ruptura del agua se puede llevar a cabo utilizando diferentes aproximaciones: por ciclos termoquímicos (usando vapor a temperaturas intermedias y altas), electrolisis de agua líquida (baja temperatura), electrolisis de vapor de agua (alta temperatura), fotoquímicamente, etc.
Los ciclos termoquímicos constan de al menos dos etapas:
- Un óxido metálico se reduce (pierde parte del oxígeno que contiene) por calentamiento en un gas adecuado.
- El vapor de agua reacciona con el óxido reducido. Así, el oxígeno del agua se incorpora al óxido metálico y el hidrógeno se libera en forma de moléculas H₂.
Si el calentamiento del sistema se consigue con energía termosolar de concentración, esto es, concentrando la radiación solar con dispositivos ópticos adecuados, se produce hidrógeno totalmente verde.
En las diferentes tecnologías de electrolisis, las moléculas de agua se rompen aplicando energía eléctrica. Existen dos grandes tipos de electrolizadores de agua, muy diferentes y con grados de madurez dispares:
- Alta temperatura. Alcanzan temperaturas proximas a 800ºC. Aún se encuentran en una fase de investigación o como prototipos precomerciales.
- Baja temperatura. Son sistemas comerciales y ya existen instalaciones industriales que los usan para producir hidrógeno en grandes volúmenes. Generalmente el hidrógeno está en forma líquida.
El uso masivo de hidrógeno como combustible requiere que se pueda almacenar, transportar y utilizar de una manera segura allí donde se necesita y para las aplicaciones que lo demandan. El transporte y el alamcenamiento son cuestiones relacionadas con la densidad y temperatura de ebullición de la materia prima, es decir, del hidrógeno.
El almacenamiento presenta dos tipos principales: los basados en propiedades físicas (gas a presión, gas a presión enfriado y liquido) y los basados en la formación de compuestos con gran cantidad de hidrógenos.
Cada tipología tiene sus ventajas y desventajas. Los primeros asociados al riesgo de manejar sistemas a alta presión y bajas temperaturas. Los segundos, a la necesidad de obtener un compuesto que posteriormente se descomponga liberando hidrógeno.
Una aproximación similar a este segundo método es el uso como combustible del compuesto obtenido. Sin duda, hidrógeno como combustible tiene gran potencial.
Para el transporte de hidrógeno, se proponen soluciones de tipo físico similares a las comentadas en relación con el almacenamiento. Además, se contempla la construcción de redes de transporte por tuberías especiales, o mezclar hidrógeno con gas natural y utilizar gasoductos para el transporte y separar la mezcla en destino. Todas estas aproximaciones tienen limitaciones aún por resolver.
Las formas de generar la energía de hidrógeno
La combustión del hidrogeno puede hacerse a través de dos métodos:
- De manera directa, a través de un proceso químico con producción de calor (en un motor de combustión similar al que se usa para el aprovechamiento de los combustibles fósiles).
- Por un proceso electroquímico en el que la energía química del H₂ se transforma directamente en electricidad. Este proceso se lleva a cabo en una celda (o pila) de combustible y es más eficiente, pero la tecnología necesaria está aún en desarrollo. La adaptación de los motores al uso de hidrógeno parece más sencilla.
Nos encontramos en un momento crucial para abordar los retos energético y medioambiental. El hidrógeno verde está llamado a contribuir de una manera decisiva a la resolución de ambos. Conseguirlo supone resolver los problemas que aún persisten en su producción, almacenamiento, transporte y uso. El reto es notable, pero el éxito supondrá disponer de energía abundante, barata y limpia en el futuro.
5 claves de la importancia de la energía de hidrógeno
El tecnólogo de Wood Mackenzie, Ben Gallagher, afirma que “el cambio de paradigma hará que el hidrógeno verde, es decir, el hidrógeno creado a partir de la electrólisis del agua con energía renovable, será un elemento clave de la transición energética”.
Según Gallagher, hay cinco factores para entender la importancia de la energía de hidrógeno. Estos son:
La política europea se está centrando en el hidrógeno
El Paquete de Recuperación Verde de la UE anunciado el año pasado destinó 150.000 millones de euros al hidrógeno renovable. Este compromiso financiero estuvo acompañado de objetivos específicos para la capacidad del electrolizador. Se definieron 6 GW en la primera fase entre 2020 y 2024, con 40 GW que se instalarán al final de la segunda fase en 2030.
Europa está impulsando el crecimiento del hidrógeno. Hay 17 países (incluidos Japón, Corea del Sur y Canadá) que han anunciado una estrategia, una hoja de ruta o una visión del hidrógeno. La tendencia global hacia los objetivos netos cero es unánime.
Los objetivos netos cero favorecen la energía de hidrógeno
El año pasado ha sido testigo de un giro decisivo hacia la descarbonización a nivel mundial, lo que es extremadamente positivo para las tecnologías sin carbono. Los recientes anuncios de objetivos netos cero de China, Japón, Corea del Sur y Canadá, junto con el compromiso de Estados Unidos con el Acuerdo de París, muestran que el impulso político para abordar el calentamiento global es ahora imparable.
El hidrógeno verde es un beneficiario clave, y este pivote lo empuja a un primer plano por delante de otros métodos para producir el gas. De hecho, la producción baja en carbono basada en electrólisis ahora representa el 67% de la cartera mundial de hidrógeno.
Apoyo del mercado financiero
La inversión en hidrógeno con bajo contenido de carbono volvió a aumentar, tras una leve caída causada por la pandemia en el segundo trimestre de 2020.
Según Graham Cooley, director ejecutivo del fabricante de electrolizadores ITM Power, “Los mercados de capitales entienden absolutamente el hidrógeno verde ahora … no estaríamos donde estamos hoy si no tuviéramos el respaldo de la ciudad. Esto también tiene los beneficios habituales de escala en términos de reducción de costos. Nuestras propias estimaciones son que el hidrógeno verde será competitivo con los combustibles fósiles de 2028 a 2033. Entendemos que habrá un precio de energía de 30 / MWh en 2030”.
Mayor capacidad de producción de energía de hidrogeno a gran escala
La capacidad mundial de fabricación de electrolizadores era de solo 200 MW el pasado año. Desde entonces ha aumentado a 6,3 GW, y sigue creciente.
Esto todavía representa solo un pequeño porcentaje de los casi 1.000 GW de capacidad de electrolizador necesarios para 2050 para cumplir con nuestras previsiones de demanda. Sin embargo, la tasa exponencial de crecimiento de la capacidad de fabricación es clara y es probable que continúe”, explica Gallagher.
El hidrógeno es una fuente de energía almacenable
Otro aspecto diferencial es que estamos ante una forma versátil de energía almacenable. “El llamado ‘power-to-X’ (convertir la electricidad en hidrógeno verde) es crucial para maximizar la eficiencia de las fuentes de energía renovable como la eólica y la solar, que no se pueden subir y bajar fácilmente según sea necesario.
El hidrógeno también es extremadamente funcional. No solo sirve descarbonizar áreas como el transporte y la calefacción donde la energía renovable tiene potencial, sino también descarbonizar los procesos industriales que no se pueden convertir en electricidad.
Respecto a la energía de hidrógeno a baja temperatura decir que hay dos tipos de electrolizadores de baja temperatura. Unos funcionan en medio ácido y otros en medio básico. Los segundos son los más abundantes ya que no necesitan metales preciosos como el platino o el iridio. Como se puede uno imaginar, este requisito influye notablemente en los costes.
La distribución
El uso masivo de hidrógeno como combustible requiere que se pueda almacenar, transportar y utilizar de una manera segura allí donde se necesita y para las aplicaciones que lo demandan. El transporte y el alamcenamiento son cuestiones relacionadas con la densidad y temperatura de ebullición de la materia prima, es decir, del hidrógeno.
El almacenamiento presenta dos tipos principales: los basados en propiedades físicas (gas a presión, gas a presión enfriado y liquido) y los basados en la formación de compuestos con gran cantidad de hidrógenos.
Cada tipología tiene sus ventajas y desventajas. Los primeros asociados al riesgo de manejar sistemas a alta presión y bajas temperaturas. Los segundos, a la necesidad de obtener un compuesto que posteriormente se descomponga liberando hidrógeno.
Una aproximación similar a este segundo método es el uso como combustible del compuesto obtenido. Sin duda, hidrógeno como combustible tiene gran potencial.
Para el transporte de hidrógeno, se proponen soluciones de tipo físico similares a las comentadas en relación con el almacenamiento. Además, se contempla la construcción de redes de transporte por tuberías especiales, o mezclar hidrógeno con gas natural y utilizar gasoductos para el transporte y separar la mezcla en destino. Todas estas aproximaciones tienen limitaciones aún por resolver.
Las formas de generar la energía de hidrógeno
La combustión del hidrogeno puede hacerse a través de dos métodos:
- De manera directa, a través de un proceso químico con producción de calor (en un motor de combustión similar al que se usa para el aprovechamiento de los combustibles fósiles).
- Por un proceso electroquímico en el que la energía química del H₂ se transforma directamente en electricidad. Este proceso se lleva a cabo en una celda (o pila) de combustible y es más eficiente, pero la tecnología necesaria está aún en desarrollo. La adaptación de los motores al uso de hidrógeno parece más sencilla.
Nos encontramos en un momento crucial para abordar los retos energético y medioambiental. El hidrógeno verde está llamado a contribuir de una manera decisiva a la resolución de ambos. Conseguirlo supone resolver los problemas que aún persisten en su producción, almacenamiento, transporte y uso. El reto es notable, pero el éxito supondrá disponer de energía abundante, barata y limpia en el futuro.
