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El futuro energético pasa por el hidrógeno

El futuro energético pasa por el hidrógeno
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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.

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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.

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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.

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%.

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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).

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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.

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