El hidrógeno está recuperando la atención y creciendo rápidamente en Europa y en todo el mundo. El hidrógeno se puede utilizar como materia prima, combustible o portador de energía y almacenamiento, con muchas aplicaciones potenciales en la industria, el transporte, la energía y la construcción.

Lo más importante es que no emite dióxido de carbono y casi no contamina el aire cuando se usa. Como tal, proporciona una solución para la descarbonización de procesos industriales y sectores de la economía donde la reducción de carbono es urgente y difícil de lograr.

Todo esto hace que el hidrógeno sea esencial para respaldar el compromiso de la UE con la neutralidad de carbono para 2050 y los esfuerzos globales para implementar el Acuerdo de París, al mismo tiempo que se lucha por la contaminación cero.

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El futuro energético pasa por el hidrógeno

Sin embargo, el hidrógeno representa actualmente solo una pequeña parte de la combinación energética mundial y de la UE y todavía se produce principalmente a partir de combustibles fósiles, en particular a partir de gas natural o carbón, que aportan entre 70 y 100 millones de toneladas de emisiones de CO2 por año en la UE.

La prioridad para la UE es desarrollar hidrógeno renovable, producido principalmente con energía eólica y solar. El hidrógeno renovable es la opción más compatible con el objetivo de neutralidad climática y cero contaminación de la UE a largo plazo y la más coherente con un sistema energético integrado. La elección del hidrógeno renovable se basa en la fuerza industrial europea en la producción de electrolizadores, creará nuevos puestos de trabajo y crecimiento económico dentro de la UE y apoyará un sistema energético integrado rentable.

En el camino hacia 2050, el hidrógeno renovable debe desplegarse progresivamente a gran escala junto con el despliegue de nueva generación de energía renovable, a medida que la tecnología madura y los costos de sus tecnologías de producción disminuyen.

Y aquí España tiene su oportunidad para desarrollar todo su potencial...

La capacidad de España para acaparar estos proyectos radica en un mix energético altamente ponderado en energías renovables, lo que permite ejecutar el proceso de electrólisis (pasar una corriente eléctrica a través del agua para dividirla entre hidrógeno y oxígeno) de manera no contaminante. Otro de sus puntos fuertes es que ya cuenta con una gran red de gas natural y terminales de gas natural licuado (GNL) que podrían usarse para transportar hidrógeno.

Atendiendo a los últimos datos, la inversión mundial en suministros de hidrógeno con bajas emisiones de carbono está aumentando. En el primer trimestre del año, se anunciaron 75 nuevos proyectos con una nueva capacidad total de 11,1 mmtpa, cerca de un récord trimestral. Estados Unidos (51%) dominó los anuncios de proyectos en el primer trimestre, mientras que España (20%), Paraguay (11%) y Egipto (8%) mostraron cómo el hidrógeno podría globalizarse.

Estos nuevos proyectos elevaron la cartera mundial acumulada en un 20% a 64 mmtpa, de los cuales casi dos tercios se encuentran en los seis países líderes, incluidos Australia, Reino Unido, Estados Unidos, Kazajstan, Países Bajos y España.

España, en concreto, censó 502 explotaciones en todas las provincias. La hoja de ruta del hidrógeno de España quiere cubrir al menos el 25% del consumo industrial con H2 verde para 2030 -hasta ahora casi todo el gris proviene de combustibles fósiles, especialmente gas natural- e instalar entre 100 y 150 estaciones de hidrógeno de utilidad.

Espera instalar 4 gigavatios de electricidad en electrolizadores, que se encargan de dividir las moléculas de agua y separar el hidrógeno y el oxígeno para proporcionar electricidad a partir de fuentes de energía renovables. Según la Asociación Española del Hidrógeno, se trata de un reto importante, pero solo es posible gracias a la financiación de proyectos tangibles.

Algunas de las empresas de energía más grandes de la industria reemplazarán la mayor parte de la producción y el consumo de H2 gris con verde para la producción de fertilizantes, biocombustibles o productos químicos y refinación de petróleo.

Dentro de unas pocas décadas, todas nuestras necesidades energéticas, la electricidad, la industria, el transporte, los edificios y la agricultura, tendrán que provenir de fuentes libres de carbono.

Esto requerirá enormes cambios en poco más de una generación, y requerirá soluciones, tecnologías y políticas innovadoras. Por ejemplo, a fin de cumplir sus objetivos climáticos, la Unión Europea se ha comprometido a transformar sus sectores de la electricidad, el transporte, los edificios y la industria para que sean completamente, o casi completamente, neutrales en cuanto al carbono para 2050.

Se trata de una Tercera Revolución Industrial, y la economía del hidrógeno será parte integrante de ella, jugango un papel crucial en la realización de este cambio fundamental en nuestros sistemas energéticos. Puede constituir -y constituirá- una parte clave de la solución al cambio climático.

El hidrógeno a día de hoy

El hidrógeno es el elemento más abundante del universo y está disponible en grandes cantidades en los mares y la atmósfera, pero, hay un problema, es necesario separarse del oxígeno del agua para poder utilizarse con fines industriales.

El hidrógeno se puede extraer de combustibles fósiles y biomasa, del agua o de una mezcla de ambos. El gas natural es actualmente la principal fuente de producción de hidrógeno, y representa alrededor de las tres cuartas partes de la producción mundial de hidrógeno que representa aproximadamente el 6% del uso mundial de gas natural. Al gas le sigue el carbón, debido a su papel dominante en China, y una pequeña fracción se produce a partir del uso de petróleo y electricidad. Por lo tanto, el problema que tenemos es que su producción es contaminante que no encajan con los desafíos verdes en el largo plazo.

El coste de producción de hidrógeno a partir de gas natural está influenciado por una variedad de factores técnicos y económicos, siendo los precios del gas y los gastos de capital los dos más importantes.

Los costes de combustible son el componente de coste más grande, y representan entre el 45% y el 75% de los costes de producción. Los bajos precios del gas en Oriente Medio, Rusia y América del Norte dan lugar a algunos de los costes de producción de hidrógeno más bajos. Los importadores de gas como Japón, Corea, China e India tienen que lidiar con precios de importación de gas más altos, y eso genera mayores costes de producción de hidrógeno.

Hoy en día, se producen más de 70 millones de toneladas de hidrógeno cada año, cuya principal fuente de extracción es el gas natural (es decir, el hidrógeno gris). Cuando se extrae mediante combustibles fósiles, la producción de hidrógeno es intensiva en energía, responsable de unos 830 millones de toneladas de emisiones de CO2 al año, lo que supone un problema medioambiental.

Del hidrógeno gris al hidrógeno verde

Como vemos el hidrógeno tiene un factor contaminante por los elementos que se utilizan para su producción. Sin embargo, los electrolizadores, alimentados por electricidad generada a partir de energías renovables, ofrecen una alternativa sostenible. Este proceso ofrece un resultado: el hidrógeno verde que supone la electrólisis del agua para extraer el hidrógeno.

Sucede que menos del 0,1% de la producción mundial de hidrógeno dedicado hoy en día se considera hidrógeno verde, pero eso podría cambiar. Entre 2014 y 2019, la producción mundial de electricidad eólica se duplicó mientras que la producción mundial de electricidad solar se cuadruplicó.

Si pensamos en 2019, las tecnologías renovables representaron el 71,4% del aumento en la producción neta de electricidad, de acuerdo con una tendencia creciente que ha visto cómo la participación renovable del total de la mezcla eléctrica de la OCDE aumentó en un punto porcentual por año en promedio desde 2009 para alcanzar el 28,8% en 2019.

La Agencia Internacional de la Energía (AIE) prevé que el rápido crecimiento del mercado de las energías renovables, en particular la solar y la eólica, durante la próxima década aumentará exponencialmente la disponibilidad de electricidad renovable, reduciendo así su coste.

Este es un factor positivo si se une a la demanda de electrolizadores capaces de producir hidrógeno verde que ya está creciendo rápidamente con una capacidad de electrolizadores prevista de 40 GW en la UE para 2030. El aumento de la disponibilidad de hidrógeno verde ayudará así a reducir su coste hasta en un 30% para 2030 y en un 50% para 2050.

El gran futuro en el ámbito industrial

El hidrógeno verde es un vector energético clave para lograr la neutralidad del carbono, ya que permite satisfacer la demanda de energía limpia en sectores de difícil elección como por ejemplo la industria petroquímica, los fertilizantes, el transporte pesado y demás.

Su gran ventaja es que se puede almacenar y gestionar grandes cantidades de energía durante largos períodos de tiempo. Además, inyectada y mezclada en la red de gas, reduciendo la huella de carbono de los usos actuales del gas natural. Todo ello le aporta con un potencial casi ilimitado, capaz de contribuir al abastecimiento en carbono cero de todos los sectores energéticos.

Hay que tener en cuenta que las tecnologías de las baterías evolucionaron mucho, pero todavía no resuelven el problema del almacenamiento a largo plazo. Es en este escenario donde el hidrógeno podría resultar muy útil. No solo por su capacidad para almacenar energía durante largos periodos de tiempo, sino también porque será mucho más fácil de manejar.

Para obtener electricidad a partir del hidrógeno, se lleva a cabo precisamente la reacción inversa a la de obtener hidrógeno. En este caso, reacciona con el oxígeno, obteniendo electricidad y agua. El dispositivo encargado de llevar a cabo esta reacción se llama pila de combustible. De esta forma, la generación de electricidad con pilas de combustible a partir de hidrógeno es 100% limpia, y además como subproducto se genera agua potable.

Coche de hidrógeno o coche eléctrico

El hidrógeno estaría más vinculado a la industria que al cambio de fondo que vive la industria del automóvil. Se trata de un problema de eficiencia porque se pierde mucha energía desde la producción hasta el consumo final del vehículo.

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El coche eléctrico está muerto, bienvenido sea el coche eléctrico

Supongamos que tenemos 100 vatios de electricidad que se producen a través de una fuente renovable como pudiera ser una turbina eólica. Para llegar al vehículo esa energía debe convertirse en hidrógeno, posiblemente pasándola a través del agua (el proceso de electrólisis ). Esto es alrededor del 75% de eficiencia energética, por lo que alrededor de una cuarta parte de la electricidad se pierde automáticamente.

El hidrógeno producido tiene que ser comprimido, refrigerado y transportado a la estación de hidrógeno, un proceso que tiene una eficiencia de alrededor del 90%. Una vez dentro del vehículo, el hidrógeno necesita convertirse en electricidad, que tiene una eficiencia del 60%. Finalmente, la electricidad utilizada en el motor para mover el vehículo tiene una eficiencia de alrededor del 95%.

Y ahí vemos el problema... con todo este proceso solo se usa el 38% de la electricidad original, 38 vatios de 100.

En contraste, los vehículos eléctricos, la energía corre a través de cables desde la fuente hasta el automóvil. Los mismos 100 vatios de potencia de la misma turbina pierden alrededor del 5% de eficiencia en este viaje a través de la red (en el caso del hidrógeno, la conversión tiene lugar en el sitio del parque eólico).

Pierde otro 10% de energía al cargar y descargar la batería de iones de litio, más otro 5% al ​​usar la electricidad para hacer que el vehículo se mueva. Así que ha bajado a 80 vatios.

En conclusión, la pila de combustible de hidrógeno requiere el doble de energía y, en este caso, tiene más sentido la batería aunque conlleve problemas de una menor autonomía y mayor tiempo de carga.

No obstante, el hidrógeno sí tiene sentido cuando lo focalizamos en los vehículos de transporte de gran pesaje - camiones, aviones, trenes- que su función está orientada a la movilidad de grandes cargas que unido al peso de las baterías necesarias sería del todo inviable. Es en ese punto que el hidrógeno tendría ventaja en el futuro del transporte.

El servicio de estudios del BBVA se ha hecho esa pregunta y analiza esta cuestión que también comentan en motorpasión. Se calcula que para el año 2050 se habrá triplicado el número de coches en el mundo. En cambio el petróleo algún día se acabará y su precio no para de subir. Ante esa situación es normal que nos acabemos planteando alternativas.

La primera alternativa es mejorar la eficiencia. La mejora de la eficiencia de los motores tradicionales. No obstante es un parche. Se llevan muchos años trabajando en mejorar la eficiencia de los vehículos y no soluciona completamente el problema. Se trata de una solución temporal. De momento el gobierno tienen intención de fomentar los vehículos más eficientes.

La segunda opción son los vehículos híbridos, algo que lleva tiempo funcionando. Los coches híbridos llevan tiempo circulando. No es raro ver vehículos híbridos circulando por las ciudades, algo que no nos hubiéramos imaginado hace diez años. El problema es que entramos exactamente en el mismo problema que antes, seguimos utilizando el combustible que utilizamos habitualmente. Podríamos hablar de vehículos híbridos que se enchufaran a la red eléctrica, pero entonces ya entraríamos en otra alternativa, los vehículos eléctricos.

Los coches eléctricos ya han demostrado que funcionan, no sólo con el experimento del EV-1, sino con la puesta a la venta del Tesla Roadster. En España es posible adquirir un coche eléctrico desde hace tiempo. No obstante los vehículos eléctricos tienen el problema de que la electricidad ha de obtenerse de algún modo, y de momento procede más de recursos no renovables que de energías renovables.

Otra opción son los biocombustibles, aunque no son tan ecológicos como pintan. Quemar comida para mover los coches en un mundo en el que parte de la población pasa hambre no es una buena idea. Aparte de que selvas tropicales acaban siendo arrasadas para tener espacio para los cultivos. A la hora de hablar de los biocombustibles no se suele tener e cuenta que existen otras alternativas para obtenerlos. También tienen la ventaja de que no habría que modificar demasiado los motores actuales para que funcionaran en los mismos.

También están disponibles los vehículos de hidrógeno. Al igual que los biocombustibles tienen la ventaja de que la infraestructura y mentalidad es similar a la actual. Los motores de hidrógenos son similares a los de gasolina. Además no es necesario talar nada. El problema que tiene es que para obtener hidrógeno es necesario obtener electricidad y emplearla para obtener hidrógeno por electrólisis. Dado que se desperdicia energía por el camino el estudio se inclina por los coches eléctricos.

El estudio, que se puede descargar aquí en formato PDF parece un tanto incompleto. Se olvida de los motores de aire comprimido, que también prometen. El fabricante indio TATA parece que apuesta fuertemente por ellos.

Tampoco comentan en el estudio los intereses que hay detrás de cada opción. Aquí hay una batalla por el futuro combustible como la hubo entre el Blu-Ray y el HD-DVD. Si hemos invertido en motores eléctricos estaremos interesados en que los coches eléctricos ganen la batalla. Toyota ha adelantado bastante, aunque sólo sea con los híbridos y General Motors demostró que era capaz de desarrollar un vehículo eléctrico. Por su parte los gobiernos obtienen fuertes ingresos con los impuestos sobre los hidrocarburos, por lo que les interesa un sistema mediante el cual puedan seguir obteniendo ingresos por el combustible de los automóviles. En ese sentido las empresas petroleras optarán por promocionar un sistema mediante el cual pudieran seguir produciendo combustible para automóviles. En ese sentido los coches de hidrógeno o impulsados por biocombustibles son más apropiados para mantener el sistema actual. En caso de que triunfaran los automóviles impulsados por hidrógeno, no significaría que los lobbies han triunfado, puede que el triunfo dependa también de las baterías de los coches eléctricos. Las baterías son muy caras y tardan en cargarse, por no hablar de que son bastante contaminantes.

En mi opinión no va a haber un solo triunfador, sino que será una mezcla de soluciones según las necesidades de cada consumidor. Puede que los taxis pasen a ser eléctricos y que las familias tengan un vehículo de hidrógeno para los viajes largos. También puede que los biocombustibles procedentes de las algas tomen el relevo. Incluso puede que sea otra tecnología la que impulse los vehículos en el futuro. Tampoco me extrañaría que empezáramos a ver híbridos que no se nos habían ocurrido, bioetanol y eléctrico o eléctrico e hidrógeno.

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