Hidrógeno, ¿la nueva burbuja energética?

Andamos en los últimos tiempos muy emocionados con los nuevos proyectos del hidrógeno. Europa ha situado esta tecnología en el centro de la estrategia energética de la Unión, como uno de los pilares para alcanzar la plena descarbonización de la economía y la sociedad del viejo continente. La línea argumental básica es que la manera de solventar los inconvenientes de las principales fuentes de energía renovable (eólica y fotovoltaica) pasa por el almacenamiento; y de las diversas opciones disponibles para almacenar energía, la que menos inconvenientes presenta, a la escala que requiere un sistema eléctrico como el europeo, sería el hidrógeno.

Estoy de acuerdo con el argumento, sin embargo, no podemos subestimar los retos tecnológicos que tendremos que superar hasta que esa idea se pueda plasmar de manera comercial.

El hidrógeno: tan pequeño, tan poderoso

Se me ocurren dos maneras de describir qué es el hidrógeno. Una sería diciendo que es el primer y más sencillo elemento de la tabla periódica, con número atómico 1 y que a temperatura y presión atmosféricas se encuentra en estado gaseoso. Probablemente, esto no le diga nada a la mayoría de los lectores. Pero ¿y si les digo que el hidrógeno es el combustible del sol? Esto ya nos va situando en la capacidad energética que tiene este pequeño átomo.

Y es que manejar todo el poder que tiene el hidrógeno no es sencillo, ya que algunas de sus características son realmente extremas y peligrosas. Para empezar, es muy volátil, mucho más que la gasolina, arde violentamente en contacto con el oxígeno del aire, casi de forma espontánea, y con una llama prácticamente invisible. Recuerden la historia del dirigible Hindenburg o el accidente de Chernóbil. Frente a la creencia popular, en Chernóbil no se produjo una explosión nuclear; lo que hizo saltar por los aires la tapa de la vasija del reactor, de 1.200 toneladas, fue una explosión de hidrógeno.

Su densidad energética en estado gaseoso es muy baja –es decir, ocupa mucho volumen-, por lo que su transporte y almacenamiento requiere grandes infraestructuras, similares a las del gas natural. Sin embargo, en estado líquido tiene una densidad energética altísima. El problema es que si el gas natural licúa a -161oC, el hidrógeno lo hace a -253oC, casi al cero absoluto, la temperatura más fría que existe. Esto hace extraordinariamente complejo el almacenamiento de hidrógeno líquido a gran escala.

El desarrollo de esta técnica va a requerir inversiones y tiempos elevados. Hay que investigar, probar, desarrollar y escalar; y después madurar hasta que consigamos una estructura de costes asequible

El hidrógeno no se encuentra libre en la naturaleza, es tan ligero que flota hasta escaparse de la gravedad terrestre, por ello ha de sintetizarse a partir de sustancias que lo contengan, como el agua (H2O) o los hidrocarburos. Actualmente, se obtiene del gas natural, que es rico en este componente, mediante un proceso químico denominado “reformado con vapor” y aplicando una gran cantidad de energía eléctrica. Además de hidrógeno, esta reacción química libera CO2, aunque este no se vierte a la atmosfera, sino que se captura en origen. A este hidrógeno producido con gas natural y captura de CO2 se le clasifica con el color azul; sin captura sería gris.

Aunque no es un elemento cotidiano, sino una materia prima industrial, los usos son múltiples. Forma parte de numerosos procesos de la industria química, muy particularmente en la elaboración de fertilizantes; así como en la industria alimentaria; y también para quemarlo como un combustible más. En este caso, con la ventaja respecto de los combustibles fósiles habituales de que no emite CO2, ya que su único residuo es agua. Este uso es el que tiene, por ejemplo, en los transbordadores que mandamos al espacio.

El hidrógeno como vector energético del futuro

El nuevo hidrógeno, el hidrógeno del futuro, no se enfoca tanto como una materia prima o como un combustible, sino como un vector energético. Pero ¿Qué es un vector energético? Es el conjunto de sustancias y procesos que permiten el almacenamiento y transporte de la energía de forma controlada.

Es cierto que una de las líneas de investigación vigente es la elaboración de mezclas de gas natural con hidrógeno, los denominados “blends”, con el objeto de reducir las emisiones contaminantes manteniendo su poder energético; sin embargo, el mayor potencial se obtiene de la electrolisis y la pila o celda de combustible.

¿Y cómo convertimos al hidrógeno en un vector energético?

Hace 200 años se descubrió una reacción química por la que, si aplicamos electricidad a una cantidad de agua, las moléculas de agua se rompen liberando los dos elementos que la componen: hidrógeno y oxígeno. En los casos en que el origen de la electricidad aplicada tiene origen fósil se le llama hidrógeno marrón; rosa si su origen es nuclear y verde para la renovable.

Una vez obtenido el hidrógeno, del color que sea, se puede almacenar en forma gaseosa, comprimida o líquida. En el momento que sea necesario, se revierte el proceso de electrolisis mediante una celda de combustible, que nos entregará electricidad, calor y agua. El artefacto es parecido una pila o batería domésticas, evidentemente más grande. La diferencia es que mientras que las pilas hay que cambiarlas y las baterías cargarlas, interrumpiendo el suministro, la celda de combustible está abierta, pudiendo ir añadiendo reactivos (hidrógeno y oxígeno) a medida que se va gastando. De esta forma el proceso puede ser indefinido y sin interrupciones.

Así las cosas, parece que estamos a punto de cuadrar el círculo. Si las energías renovables tienen el problema de que no son gestionables, que producen electricidad cuando hay sol y viento, pero no necesariamente cuando hay demanda; el hidrógeno nos permite almacenar los excedentes y usarlos en momentos de falta de viento o sol.

Bien, esta es la teoría, y la primera dificultad que tenemos que afrontar es hacer estos procesos económicamente viables. La eficiencia actual de un electrolizador puede rondar el 70% y la de una celda de combustible un 60%. Con estos números estamos por encima de un motor de explosión, por ejemplo; pero por debajo de un ciclo combinado. La ventaja que tenemos aquí es que la energía de origen renovable –eólica y fotovoltaica- tiene unos costes muy bajos al no tener que pagar por el combustible.

Los gobiernos deben facilitar este proceso, pero no a base de exuberantes subvenciones, sino con una buena regulación, elaborada junto a las empresas que tienen que llevar a cabo las inversiones

Pero, además, hay que escalarlo a unas dimensiones aptas para un sistema de cincuenta millones de habitantes, como tiene España o cuatrocientos cincuenta, como la UE. Esto ya es más complicado. Además de que estas reacciones químicas utilizan catalizadores caros, como el platino, requieren agua, mucha agua, unos 20 litros por kilogramo de hidrógeno. Si usamos agua dulce, que es un bien escaso, incluso muy escaso en algunos sitios, debemos aprovisionarnos adecuadamente. ¿Se imaginan tener que elegir entre sufrir cortes de agua o cortes de electricidad? El agua de mar, por el contrario, es muy abundante; sin embargo, además de que es tremendamente corrosiva, produce cantidades muy elevadas de salmuera, de sosa caustica y de gas de cloro que habría que gestionar elevando los costes de manera escalada.

Planteemos algunos ejemplos prácticos. Con un sistema eléctrico basado en renovables e hidrógeno, conducir un vehículo eléctrico durante 100 kilómetros supone generar 2,4 veces la energía que consume y utilizar 17 litros de agua. O a nivel sistémico: si hubiéramos usado el almacén de hidrógeno para hacer renovable toda la producción eléctrica de 2022, hubiéramos tenido que incrementar la generación de electricidad en un 80% y usar 134 millones de m3 de agua dulce. Esto es, el agua que consume todo el País Vasco en un año.

¿Por qué defiendo el hidrógeno?

Necesitamos almacenar electricidad, si queremos un sistema libre de carbono y, a la vez, mantener los estándares económicos y de bienestar. Probablemente, el hidrógeno sea la tecnología más asequible y sostenible, pero no es gratis, tendrá su impacto en el medio, como lo tiene todo lo que hacemos.

El desarrollo de esta técnica va a requerir inversiones y tiempos elevados. Hay que investigar, probar, desarrollar y escalar; y después madurar hasta que consigamos una estructura de costes asequible. Los gobiernos deben facilitar este proceso, pero no a base de exuberantes subvenciones, sino con una buena regulación, elaborada junto a las empresas que tienen que llevar a cabo las inversiones. No queremos más déficits tarifarios como el que causaron las renovables ¿Verdad?

Francisco Ruiz Jiménez ha sido consejero y miembro del comité de dirección del grupo REDEIA