Retos y oportunidades del hidrógeno verde

En la Zona Franca de Barcelona, los autobuses municipales paran en una estación de servicio al final de su turno para repostar, como hacen en todas las ciudades del mundo. Pero esta estación es diferente. En lugar de bombear gasolina o gasóleo, dispensa hidrógeno comprimido. Y representa un elemento clave de la revolución de la energía verde.

La energía solar y la eólica cubrieron el 10,5 % de las necesidades mundiales de generación de electricidad en 2021. Puede que no parezca mucho, pero era más de diez veces la cantidad de hace sólo una década, y sólo la generación de energía renovable en Estados Unidos está preparada para crecer un 82 % en 2030.

Esto es bueno mientras la economía mundial trabaja para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero, incluido el dióxido de carbono (CO₂) procedente de los combustibles fósiles. Pero las energías eólica y solar no pueden satisfacer plenamente la demanda sin una forma de compensar las caídas diarias y estacionales de la producción. Ahí es donde entra en juego el hidrógeno verde.

"Lo importante de la estabilidad de la red, a medida que avanzamos hacia sistemas renovables, es la intermitencia", dice Adolfo Rivera, director senior de hidrógeno verde de AVANGRID, cuya empresa matriz, Iberdrola, construyó la estación de servicio de hidrógeno de Barcelona. "Si puedes crear hidrógeno con energía [eólica y solar] y almacenarlo, puedes utilizarlo cuando la red lo requiera. El hidrógeno es un gran vector energético”.

El hidrógeno producido con energías renovables también puede contribuir a descarbonizar procesos industriales como la fabricación de fertilizantes y a alimentar grandes vehículos, como los autobuses de Barcelona.

Los muchos colores del hidrógeno

A escala mundial, la generación eléctrica y el transporte representan las dos mayores fuentes de emisiones de dióxido de carbono. Pero la energía solar y eólica por sí solas solo pueden conseguir que el mundo se acerque parcialmente a las emisiones cero que pide el Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático de la ONU para evitar los efectos más catastróficos del cambio climático.

Esto se debe a que la energía eólica y la solar no funcionan a tiempo completo y a que las baterías químicas sólo pueden impulsar camiones, barcos y aviones hasta cierto punto. Lo que hace falta es un modo de convertir la energía eólica y solar en una forma concentrada y almacenable que no se degrade con el tiempo. En otras palabras, en combustible.

El hidrógeno es el elemento más abundante del universo. De hecho, lo bebemos todos los días en H₂O. También es un combustible eficiente y no contaminante cuyo único producto de combustión es el agua. La NASA incluso eligió el hidrógeno para propulsar su nuevo cohete lunar porque es el combustible más eficiente para ello, ya que proporciona mayor impulso por unidad de masa que cualquier otro propulsor.

Sin embargo, a pesar de su abundancia e idoneidad como combustible, la producción de hidrógeno suele depender de combustibles fósiles para producir lo que se conoce como hidrógeno gris. "También existe el hidrógeno rosa, que es el que se puede producir con energía nuclear", explica Enrique Bosch, director de innovación de AVANGRID. "Aquí no hay emisiones de CO₂, pero estás generando residuos nucleares, por lo que no es en nuestra opinión tan bueno". Del mismo modo, es lo contrario al hidrógeno azul, producido en un proceso que captura la mayor parte de las emisiones del hidrógeno gris, aunque no todas. "Es otra solución, en nuestra opinión, que no es tan buena como la verde porque estás emitiendo algo de CO₂", dice Bosch.

En cambio, el hidrógeno verde se produce con electricidad procedente de fuentes renovables que no emiten carbono, como la energía eólica y la solar. La energía libre de carbono divide el agua en sus elementos constitutivos —hidrógeno y oxígeno— en un proceso conocido como electrólisis. Si se realiza el proceso a la inversa, combinando hidrógeno con oxígeno en un dispositivo conocido como pila de combustible, se obtiene electricidad.

La electricidad producida de este modo es la que alimenta los nuevos autobuses de Barcelona, aunque también puede quemarse directamente como combustible sin emisiones para motores de combustión interna; su único subproducto es el agua.

En los nuevos autobuses de Barcelona, los depósitos de hidrógeno alimentan una pila de combustible que carga una batería convencional de iones de litio. La batería alimenta un motor eléctrico, como en los vehículos eléctricos puros. La principal ventaja con respecto a los coches eléctricos sin pila de combustible es que los depósitos de hidrógeno pueden almacenar más energía que las baterías, lo que da más autonomía a los vehículos. También pueden repostar más rápido que los vehículos eléctricos convencionales (unos minutos frente a una hora o más). Estas ventajas hacen que la energía del hidrógeno resulte atractiva para vehículos más pesados y de largo recorrido, como los autobuses municipales, que pueden tener que circular muchas horas entre paradas para repostar.

A pesar de las ventajas, siguen existiendo retos para la adopción generalizada del hidrógeno como almacenamiento de energía.

Hacia una economía del hidrógeno

Aún no existen redes generalizadas de transporte y almacenamiento de hidrógeno a la escala necesaria para sustituir a los combustibles fósiles en el transporte y la generación de electricidad. Además de ser el elemento más abundante, el hidrógeno es también el más ligero, lo que dificulta su almacenamiento. "Es diferente del gas natural", dice Bosch. Eso significa que las tuberías y depósitos no modificados para otros combustibles no funcionarán. Pero Bosch no ve ningún obstáculo. "Sabemos cómo almacenar hidrógeno", dice. "Conocemos el elemento. Conocemos el tipo de equipamiento que tenemos que utilizar".

El mayor reto que ve Bosch es ampliar la infraestructura necesaria para abastecer a millones de vehículos, centrales eléctricas y fábricas. "Tenemos que escalar eso al mismo nivel que tenemos para el gas natural". Sin embargo, sin la demanda que ya existe para, por ejemplo, la electricidad, los costes siguen siendo altos, lo que a su vez inhibe la adopción del hidrógeno como combustible. Es una de las razones por las que los vehículos eléctricos puros han despegado más rápido que los impulsados por hidrógeno. A pesar de la continua necesidad de más infraestructuras públicas de recarga, los conductores pueden enchufar sus vehículos en casa con pocas o ninguna mejora; incluso pueden recargarlos utilizando enchufes de pared normales, aunque lentamente.

El futuro de la red

Según Bosch, serán necesarios incentivos estatales para lograr economías de escala globales que permitan al hidrógeno verde llenar los vacíos dejados por las formas intermitentes de energía renovable. "Hoy es difícil competir con las fuentes tradicionales de hidrógeno", afirma. "Pero ahora tenemos algunos programas de financiación en Estados Unidos, así que creo que la economía del hidrógeno verde puede desarrollarse al mismo nivel y competir en el mismo rango de precios que otros colores". Por ejemplo, en 2022, el Departamento de Energía de Estados Unidos puso en marcha el programa de 8.000 millones de dólares para construir centros regionales de hidrógeno limpio previsto en la Ley Bipartidista de Infraestructuras, aprobada a finales de 2021.

Una vez que el hidrógeno verde alcance la paridad de precios con otros combustibles, Bosch cree que la economía del hidrógeno verde despegará. De hecho, debe hacerlo para que la economía mundial se libere de las emisiones de carbono, según McKinsey & Company. Bosch espera que, en un plazo de diez años, el hidrógeno verde alimente la industria naval y abastezca procesos como la fabricación de fertilizantes. "Este es el lugar y el momento adecuado en este movimiento de transición energética", afirma. "Es un momento increíble".

Mientras tanto, la iniciativa de los autobuses de hidrógeno de Barcelona sigue adelante. La autoridad de transporte de Barcelona recibió su primer autobús impulsado por hidrógeno a finales de 2021, añadió siete más a su flota en 2022 y planea llegar a 60 en 2025.

Fuente: Washington Post. Texto original en inglés.