El hidrógeno verde es una de las grandes apuestas de la UE para la transición energética: estas son sus fortalezas (y sus debilidades)

El hidrógeno verde se ha convertido en uno de los pilares fundamentales de los fondos de recuperación de la Unión Europea. Unos fondos que se convertirán en el mayor paquete de estímulo jamás financiado a través del presupuesto de la UE, con un total de 1,8 billones de euros de inyección económica para a reconstruir la Europa posterior a la COVID-19.

La transición energética es uno de los ejes de esta recuperación, con el 30% del presupuesto asignado a la lucha contra el cambio climático. Y aquí es donde el hidrógeno verde ha comenzado a ganar posiciones, creciendo en interés y situándose en el debate público como uno de los pilares fundamentales para la descarbonización de la economía.

Desde Europa ya se están impulsando diferentes iniciativas en toda la cadena de valor del hidrógeno, entre las que se encuentran la fabricación e instalación de electrolizadores más competitivos, la construcción de una red troncal de transporte de hidrógeno o la instalación de hidrogeneras para el transporte por carretera.

Qué es exactamente el hidrógeno verde

El hidrógeno es el elemento químico más abundante del planeta, pero tiene un problema: no está disponible de forma libre en el medio ambiente (por ejemplo, en un yacimiento) sino que siempre se encuentra asociado a otros elementos (por ejemplo en el agua, H2O, o en el Metano, CH4). Por eso, para poder ser utilizado en aplicaciones energéticas, primero es necesario liberarlo, es decir, separarlo del resto de elementos.

Para llevar a cabo esa separación y disponer de hidrógeno libre, es necesario realizar algunos procesos y gastar energía en ellos. Eso define al hidrógeno como un vector energético, y no como una fuente de energía primaria o un combustible como muchos pueden pensar.

Dicho de otra manera, el hidrógeno es una sustancia capaz de almacenar energía que después puede ser liberada de forma controlada en otro lugar. De esta forma, es comparable a una batería de litio que almacena electricidad, y no a un combustible fósil como el gas natural.

El potencial del hidrógeno en la lucha contra el cambio climático está en su capacidad para sustituir a los combustibles fósiles en aquellas aplicaciones con mayor complejidad de descarbonización, como pueden ser el transporte marítimo y aéreo o algunos procesos industriales. Además, también tiene un gran potencial como sistema de almacenamiento de energía estacional (a largo plazo), acumulando energía durante periodos largos de tiempo que después puede ser utilizada a demanda.

La importancia del origen del hidrógeno

Para ser un gas incoloro, lo cierto es que cuando se habla del hidrógeno suele hacerse en términos muy coloridos. Muchos habréis oído hablar del hidrógeno verde, gris, azul, etc.

El color asignado al hidrógeno no es más que una etiqueta utilizada para clasificarlo en función de su origen y de la cantidad de dióxido de carbono liberado durante su generación. Es decir, una manera sencilla de saber lo “limpio” que es:

• Hidrógeno marrón: se obtiene a través de la gasificación del carbón y durante su producción se libera CO2. A veces también se le conoce como hidrógeno negro.
• Hidrógeno gris: se obtiene a partir del reformado de gas natural. Actualmente es el más abundante y el más barato de producir, aunque se prevé que el coste aumente debido al precio de los derechos de emisiones de CO2. Para producir una tonelada de H2 gris se emiten de 9 a 12 toneladas de CO2.
• Hidrógeno azul: se genera también a partir del reformado de gas natural, con la diferencia de que parte o el total de las emisiones de CO2 se evitan mediante un sistema de captura de carbono. Después, ese CO2 puede ser utilizado para fabricar combustibles sintéticos, por ejemplo.
• Hidrógeno verde: se obtiene a partir de la electrólisis del agua utilizando electricidad procedente de fuentes renovables. Es el más caro, pero se prevé que su precio vaya reduciéndose paulatinamente a la vez que bajan los costes de las energías renovables y los electrolizadores. Otra variedad del hidrógeno verde es el producido a partir de biogás aprovechando los residuos de ganadería, agricultura y/o urbanos.

En realidad, el proceso para generar hidrógeno verde no es para nada complejo: la electrólisis es, sencillamente, utilizar corriente eléctrica para descomponer agua (H2O) en oxígeno (O2) e hidrógeno (H2). El verdadero reto radica en hacerlo de forma competitiva, para lo cual se necesita de electricidad renovable abundante y barata (esto está más o menos solucionado), y una tecnología de electrolizadores eficiente y escalable (aquí, todavía hay mucho por hacer).

Producir hidrógeno verde todavía es caro, pero bajará de precio

Aunque parezca una novedad o un descubrimiento reciente, la realidad es que el hidrógeno (y sus derivados como el amoniaco) lleva muchos años siendo utilizado en el sector petrolífero y en la industria química. De hecho, su consumo se ha multiplicado por más de tres desde 1975, y las previsiones apuntan a que seguirá creciendo durante los próximos años.

El problema es que actualmente el hidrógeno se produce casi exclusivamente utilizando combustibles fósiles. Según datos de la Agencia Internacional de la Energía, el 6% del gas natural mundial (que es responsable de generar tres cuartas partes del hidrógeno total) y el 2% del carbón se destinan a la producción de hidrógeno.

Como consecuencia, la producción de hidrógeno es responsable de la emisión de unos 830 millones de toneladas de dióxido de carbono al año. Para ponerlo en perspectiva, el sistema eléctrico español al completo emitió 36,1 millones de toneladas de CO2 en 2020, en el que fue uno de los años con menos emisiones de la historia.

Dado que producir hidrógeno verde todavía es caro, actualmente la participación de la electrólisis del agua en la generación de hidrógeno todavía es testimonial, con menos del 0,1% de la producción mundial. Sin embargo, con la disminución de los costes de la electricidad renovable, en particular de la energía solar fotovoltaica y la eólica, su interés está creciendo, lo que está llevando a las empresas a construir diferentes proyectos de demostración que las posicionen de cara a futuro.

El coste del hidrógeno verde viene determinado principalmente por el precio de la electricidad renovable y el precio del electrolizador. Según datos de la Agencia Internacional de las Energías Renovables, para ser competitivo su precio tiene que bajar desde los cerca de 5 dólares el kilogramo actuales hasta en torno a 1 dólar el kilogramo. Para ello, los principales retos radica en la reducción de coste de los electrolizadores, el aumento de su eficiencia, el aumento de la vida útil y la disponibilidad de electricidad barata.

Aplicaciones del hidrógeno verde y por qué puede ayudarnos a combatir el cambio climático

Teóricamente, uno de los caminos más efectivos hacia la descarbonizaión de la economía es tratar de electrificar todo el sistema energético. No obstante, de momento la tecnología eléctrica y de baterías no es viable para según qué aplicaciones. En muchas de ellas, el hidrógeno verde puede sustituir a los combustibles fósiles, aunque no todas están igual de maduras ni son igual de sencillas:

• Sustituir al hidrógeno marrón y gris. El primer paso debería ser reemplazar todo el hidrógeno de origen fósil actual utilizado en la industria, aprovechando para desarrollar la tecnología y reducir los costes. El reto no es precisamente pequeño: producir toda la demanda mundial de hidrógeno a partir de la electricidad supondría un consumo de 3.600 TWh, más que la generación total anual de electricidad de la Unión Europea.

• Industria pesada. Empresas siderúrgicas, cementeras, químicas, y otros grandes consumidores de combustibles fósiles no son fáciles de electrificar, o directamente no es viable. Aquí el hidrógeno verde podría ser una solución.

• Almacenamiento de energía. Esta es sin duda una de las aplicaciones más prometedoras del hidrógeno: servir como sistema almacenamiento de energía estacional. Con un horizonte con cada vez más penetración de energías renovables, nos encontraremos con momentos en los que el coste de la electricidad será realmente barato, e incluso habrá excedentes por no tener dónde consumirla. Y aquí es donde entrará en juego el hidrógeno, que podrá generarse a precios baratos, para después ser utilizado a demanda y en cualquier aplicación, sea la generación de electricidad o cualquier otra.

• Transporte. El transporte es sin duda otra de las aplicaciones más prometedoras del hidrógeno. En el transporte ligero por el momento las baterías van ganando la partida, pero algunos fabricantes (especialmente los japoneses) siguen desarrollando sus modelos de pila de combustible con resultados cada vez más prometedores. Por otro lado, en el transporte pesado o en otros como el marítimo y aéreo, la tecnología de baterías todavía tiene muchas limitaciones. Aquí, de nuevo, el hidrógeno tiene una gran oportunidad.

• Calefacción. La calefacción doméstica e industrial son sectores que no siempre se pueden electrificar (la bomba de calor no siempre es una opción) y donde el hidrógeno podría ser una solución parcial. Además, la infraestructura existente (como las redes de gas) podría utilizarse para permitir el aumento de la demanda. De hecho, la mezcla de hidrógeno de hasta un 20% en volumen en la red de gas existente requiere una modificación mínima de la red o de los aparatos domésticos de los usuarios finales.

El hidrógeno está lejos de ser el combustible ideal. Su densidad es muy baja, lo que hace que sea difícil y costoso de almacenar y transportar. Pero también es cierto que tiene mucho potencial y como sustituto de los combustibles fósiles tiene algunas ventajas que otras tecnologías por sus limitaciones no pueden resolver, principalmente en ámbitos como el transporte pesado, la calefacción o la industria.

La realidad es que, hoy en día, sigue siendo una tecnología cara y que depende de tener disponibles grandes cantidades de electricidad renovable y muy barata. Por si fuera poco, la eficiencia de generar, almacenar, transportar y consumir hidrógeno puede ser tan baja como un 30-50% (dependiendo de la aplicación). Aunque también es cierto, que esta eficiencia puede ser mucho mayor, siempre dependiendo de la tecnología del electrolizador, si hay que transportar el hidrógeno, si hay que almacenarlo, comprimirlo, etc. Sea como fuere, la apuesta de la UE es clara: el hidrógeno verde ha llegado para quedarse.

Imagen de portada | Flickr (Walmart)

En Xataka | Mientras el mundo piensa en un futuro de coches eléctricos, Japón lo apuesta (casi) todo al coche de hidrógeno