El Hidrógeno ¿Promesa energética o ilusión costosa?

Vivimos en un mundo cada vez más contaminado, no es una hipótesis, no es una opinión, no es un prejuicio, es simple y llanamente la realidad. Nos encontramos en un punto de inflexión para la historia humana, y el cambio drástico que necesita nuestro planeta está en nuestras manos. Por suerte, la mayoría de los gobernantes de nuestros países conocen esta realidad, y en mayor o menor grado, todos están tomando algún tipo de medidas para frenar el imparable proceso que representa el cambio climático. Muchas de estas medidas están dirigidas a lo que se conoce como transición energética, que podría entenderse como el abandono del consumo de combustibles fósiles como principal fuente energética de nuestra sociedad. Sin embargo, esta transición está siendo lenta y azarosa, en gran parte debido a que los combustibles fósiles, gracias a su elevada densidad energética, representan el mejor combustible del que disponemos en estos momentos, aunque lo cierto es que se están realizando innumerables investigaciones para encontrar el sustituto perfecto. Una de las principales líneas de investigación se centran en el empleo del hidrógeno como combustible y su uso como “batería” para almacenar el excedente de energía eléctrica que producimos, ya que se puede obtener a partir de la electrólisis del agua; es decir, que mediante electricidad y agua podemos obtener este combustible que será posteriormente empleada como recurso energético cuando no se pueda satisfacer la demanda. Pero, ¿el hidrógeno es realmente la panacea que nos están vendiendo? Veámoslo.

El hidrógeno se ha empleado como combustible en el transporte espacial o en la industria desde hace lustros. Por ejemplo, en la producción de amoniaco necesario para fabricar explosivos y fertilizantes o en el refinamiento de petróleo. Sin embargo, este hidrógeno puede producirse a partir de diversas fuentes, y lo que se conoce como hidrógeno verde, el que realmente necesita nuestro planeta, no representa más del 2% de la producción mundial de hidrógeno (a septiembre de 2024). A pesar de ello, en la lucha contra el cambio climático y la reducción de la emisión de gases de efecto invernadero (GEI) mediante la reducción del consumo de combustibles fósiles, el hidrógeno se ha considerado una de las mejores alternativas viables a corto y medio plazo, y su uso como solución al problema de almacenamiento de la energía eléctrica es una de las grandes apuestas del momento. El hidrógeno se produce por transformación de energía eléctrica, para su almacenamiento y posterior uso, directamente como combustible, mezclado con otros combustibles o para producir de nuevo energía eléctrica. Sin embargo, el hidrógeno no es una fuente primaria de energía al no existir en forma libre en la Tierra (al menos en las cantidades necesarias). Hay que producirlo, y es, ha sido y será su talón de Aquiles. Pero no es su único problema, ya que su almacenamiento, transporte y distribución siguen siendo un reto que afrontar.

Producción de energía a partir de Hidrógeno verde (Fuente: Hyundai)

Es cierto que el hidrógeno puede ayudar a la descarbonización de importantes sectores industriales como el químico, el del hierro, el acero, el cemento, el transporte… Industrias que emplean combustibles fósiles y podrían emplear hidrógeno como su sustituto, ya que debido a las altas temperaturas en las que se realizan los diversos procesos industriales mencionados, son difíciles de electrificar. Sin embargo, esta sustitución de los combustibles fósiles por hidrógeno, va implicar un enorme gasto para las empresas, y puede que en muchas de ellas este gasto no sea asumible.

El hidrógeno se puede producir a partir de una gran variedad de fuentes energéticas como el carbón, el gas natural, el lignito (estos tres primeros sin captura de CO2), los combustibles fósiles con captura de CO2, la energía nuclear o las energías renovables. Dependiendo la fuente energética, podremos observar diversos tipos de hidrógeno, como son el negro (carbón), el gris (gas natural), el marrón (lignito), el azul (combustibles fósiles con captura de CO2), el rosa (energía nuclear) o el verde (energías renovables). Lo ideal sería que la mayor parte del hidrógeno producido fuese verde, ya que implicaría no emitir GEI; sin embargo, como ya se ha mencionado, la producción de hidrógeno verde es muy reducida (2%), mientras que la forma más empleada para su producción debido a sus reducidos costes, es con carbón sin captura de CO2, es decir, hidrógeno negro. China es el mayor productor de este tipo de hidrógeno debido a su abundancia de carbón, mientras que en Oriente Medio la forma más empleada es a partir de gas natural sin captura de CO2 (hidrógeno gris). ¿A dónde nos lleva esta confusión cromática? Los países con abundancia en combustibles fósiles (carbón y gas natural) van a seguir quemándolos para producir hidrógeno durante muchos años. Por ello, en vez de fomentar la producción de hidrógeno, sin importar el color, será necesario fomentar su producción con captura de CO2.

Por su puesto sigue siendo más económico emplear combustibles fósiles que el hidrógeno, pero esto podría cambiar de manera artificial. Es imposible que el hidrógeno se convierta en la fuente energética que se pretende que sea, sin las subvenciones o las limitaciones a los combustibles fósiles que imponen los gobiernos nacionales y los organismos supranacionales. Aun así, la inversión pública es insuficiente y la inversión privada es totalmente necesaria para que estos proyectos sigan adelante. Sin embargo, todos estos inversores, ya sean serios o necios especuladores, jamás entrarían en el negocio del hidrógeno si no estuviesen presentes las subvenciones por parte de los Gobiernos. De hecho, la Agencia Internacional de Energía (AEI) ya explicaba en su informe de 2019 que la única manera de rentabilizar la producción de hidrógeno sería bajando el precio de la energía para su producción a la vez que se aumenta el precio de tonelada de CO2 emitida. No obstante, la consecuencia más palpable para el ciudadano medio cuando se aumenta el precio de la tonelada de CO2 emitida, es el aumento de los precios de muchos productos, lo que acaba afectando a la propia producción de hidrógeno. El principal reto al que se enfrenta el la producción de este combustible se basa en producirlo con bajas o nulas emisiones de CO2, lo que conlleva a producir hidrógeno azul (con combustibles fósiles pero con captura de CO2), rosa (energía nuclear sin emisiones de CO2) y verde (proveniente de energías renovables sin emisiones de CO2), lo cual, a día de hoy, sigue siendo muy costoso. Además, las infraestructuras necesarias para su almacenamiento, transporte y distribución, son prácticamente inexistentes para su uso generalizado (en 2024).

Clasificación de los diferentes tipos de Hidrógeno producido (Fuente: El Orden Mundial)

Aunque el hidrógeno contenga más energía por unidad de masa que el gas natural o la gasolina, es un elemento más ligero con una menor densidad de energía por unidad de volumen. Es decir, hablar de masa o de volumen influye en gran medida en nuestra percepción sobre lo que representa el hidrógeno para el almacenamiento de energía. Para entenderlo mejor veamos un ejemplo: 1 kg de hidrógeno a presión atmosférica ocupa 11,171 metros cúbicos de volumen, y los vehículos actuales de hidrógenos consumen entre 0,7 y 1,3 kg de hidrógeno por cada 100 km recorridos. Por lo tanto, para una autonomía de 500 km, se necesitan unos 5 kg de hidrógeno, cuyo volumen ocupa un depósito de 11 metros de largo por 5 de ancho y 1 de altura. ¿Ves el problema? Es cierto que para solucionar este obstáculo relacionado con la baja densidad de hidrógenos se puede aumentar la presión (reduciendo el volumen) y se puede licuar, pero la temperatura de licuefacción es de -253 ºC a presión atmosférica, algo inviable en un depósito de un vehículo. Aunque también se pueda comprimir, las presiones a las que operan determinados sectores en los que se usa hidrógeno (no en el transporte) rondan los 1.000 bares, lo que aumenta los costes y los peligros de emplearlo en un automóvil.

En 2020 se produjeron 70 millones de toneladas de este gas, de los que 38 se emplearon para el refinado de crudo, 31 para la producción de amoníaco, 0,01 para el transporte y 4 en otras actividades. Para alcanzar esta producción se emplearon 196 millones de toneladas de gas natural, 75 millones de toneladas de carbón, 2 millones de toneladas de petróleo y otros 2 millones de toneladas de otras fuentes de energía. De todas ellas, sólo 0,4 millones de toneladas se produjeron con captura de CO2 y menos de 0,1 con fuentes de energía renovables. En 2022, de las 95 millones de toneladas de hidrógeno producidas, el 99% se obtuvieron a partir de combustibles fósiles sin captura de CO2. Es decir, por el momento, la producción de hidrógeno emite grandes cantidades de GEI a la atmósfera (por cada tonelada de hidrógeno producida se emiten 10 toneladas de CO2 si se emplea gas natural, 12 si se emplean derivados del petróleo y 19 si se emplea carbón), y la producción de hidrógeno verde parece que no termina de arrancar. Por ello, en el World Hydrogen 2024, celebrado en Rotterdam, se dieron indicaciones de que hay que centrarse en la producción de hidrógeno azul (combustibles fósiles con captura de CO2). En los últimos años se han incrementado de manera notable los proyectos de producción de hidrógeno por electrólisis (a partir de electricidad) en todo el mundo y en Europa en particular, pasando de 1 MW de potencia instalada en el periodo de 1995-2000, a 100 MW en el periodo 2015-2020. Pero se trata de proyectos incipientes que todavía necesitan mucha inversión y tiempo de desarrollo. ¿Por qué la producción de este hidrógeno verde no acaba de arrancar?

Los motivos son múltiples, pero el principal se centra en la producción de energía eléctrica barata, algo que todavía no se ha conseguido. También se esperaba que el precio de los electrolizadores (necesario en la electrólisis) se fuese reduciendo de forma sustancial con el paso de los años, pero la realidad es que sus precios están aumentando debido al aumento del precio de las materias primas necesarias. Otra de las causas radica en que no existe una armonización de las normativas en el mundo, lo que dificulta su implementación. También podemos observar que las grandes multinacionales del petróleo y del gas natural están ejerciendo campañas de presión para que el hidrógeno azul prevalezca sobre el verde. Por último, la competencia entre China y Occidente (Estados Unidos y la Unión Europea) por la tecnología de los electrolizadores es tan feroz, que EE. UU. y la UE están legislando para poner aranceles a los productos chinos acusándolos de competencia desleal. Como en China se fabrican con grandes subvenciones del estado, estos electrolizadores cuestan, de media, una quinta parte que sus homólogos de Occidente. Por lo tanto, existe un conflicto entre los fabricantes de electrolizadores europeos y estadounidenses que quieren evitar que China se coma el mercado, y los productores de hidrógeno que prefieren el producto chino mucho más barato.

Debido a todas las causas mencionadas arriba, a pesar de que el uso del hidrógeno se considere una gran medida para la reducción de las emisiones de CO2 en el mundo, existe un dilema sobre cómo producirlo. Mientras que unos defienden que la única manera no contaminante es mediante las energías renovables y la electrólisis (hidrógeno verde), otros abogan por una solución más amplia en la que se combine este tipo de producción con la energía nuclear (hidrógeno rosa) y con el empleo de combustibles fósiles con captura de CO2 (hidrógeno azul). Además, no debemos olvidar que el hidrógeno representa una fuente de energía secundaria, es decir, que se produce a partir de una fuente de energía primaria, y como ocurre en cualquier proceso de transformación de energía, es inevitable una pérdida de eficacia. Si consideramos la energía eléctrica necesaria para producir hidrógeno, almacenarlo y transportarlo, para finalmente volver a producir energía eléctrica, el rendimiento del proceso es del 30%, con lo que obtendremos un 30% de energía final respecto a la energía invertida. Valor que es aún más reducido en caso de emplear agua de mar, ya que es necesario someterla a una desalinización que también implica un gasto energético.

Los otros problemas a los que se enfrenta esta supuesta panacea energética, más allá de la producción y de que hidrógeno producir, son su almacenamiento, su transporte y su distribución. En cuanto al almacenamiento, se suele realizar en forma de gas o líquido y la mayor parte se produce y se consume in situ (el 85%) o se transporta en camiones o a través de tuberías (15%). En general, el almacenamiento geológico parece, por ahora, la mejor apuesta para grandes cantidades y prolongados periodos de tiempo, mientras que los tanques son más adecuados para un almacenamiento a corto plazo y pequeña escala. Para el almacenamiento geológico, las cuevas de sal, gracias a su buen sellado y baja permeabilidad, parecen las mejores opciones, junto a los depósitos de gas natural y petróleo agotados o los acuíferos salinos subterráneos. De hecho, actualmente se emplean muchos de ellos para almacenar gas natural. Aunque los depósitos agotados de petróleo y gas natural sean más grandes que las cuevas de sal, son más permeables y contienen contaminantes que luego habrá que eliminar. Aunque los tanques de almacenamiento de hidrógeno comprimido o licuado tienen tasas de eficiencia del 99%, el hidrógeno almacenado a 700 atmósferas de presión (tanques tipo IV de los vehículos modernos) muestra el 15% de la densidad energética de la gasolina; es decir, almacenar la misma energía con hidrógeno requeriría casi 7 veces más de volumen que con gasolina, lo que incrementa enormemente el tamaño de los depósitos de estos vehículos.

Estructura del tanque de Hidrógeno (Fuente: H2Chile)

La baja densidad de energía por unidad de volumen del hidrógeno, también implica grandes costes para su transporte a largas distancias. Existen varias opciones para abordar este problema: la compresión, la licuefacción o la incorporación del hidrógeno en moléculas más grandes que puedan transportarse de forma más sencilla en estado líquido. En el mundo existen grandes redes de gasoductos para el transporte de gas natural que podrían ser empleados en el transporte de hidrógeno. Además, se podrían crear gasoductos específicos para el transporte de este combustible, permitiendo conectar las zonas de alta producción y baja demanda con las de baja producción y alta demanda. De esta forma, diferentes países con dependencia en la importación de energía, podrían diversificar sus fuentes energéticas disminuyendo su dependencia, como intenta hacer en la actualidad Alemania. Sin embargo, el desarrollo de una red a gran escala para el transporte, almacenamiento y distribución del hidrógeno, requiere inversiones multimillonarias por parte de diversos participantes del mercado, lo que lo convierte en un verdadero reto político y económico. También existe la posibilidad de transportar el hidrógeno mediante camiones y, de hecho, un estudio de investigación del MIT revela que este tipo de transporte reduciría los costes en un 9%, pero se trata de una iniciativa que todavía está en pañales.

Actualmente, el uso del hidrógeno está dominado por las aplicaciones industriales siendo 4 las principales: El refinado de petróleo (33%), la producción de amoniaco (27%), la producción de metanol (11%) y la producción de acero mediante reducción directa del mineral de hierro (3%). Todo este hidrógeno se obtiene casi en su totalidad a partir de combustibles fósiles como el carbón y el gas. Como la mayoría de estas producciones se originan sin la captura de CO2, un incremento en los costes de emisión de CO2 conlleva a un incremento de los costes en la producción de hidrógeno, haciendo subir los precios del producto final. Además, si como se pretende, se reduce el uso de combustibles fósiles, como la principal aplicación del hidrógeno es el refinado de petróleo, la demanda de hidrógeno también descenderá, lo cual podría implicar una reducción de su precio. Por lo tanto, el hidrógeno nos brinda dos posibles soluciones para la reducción de la emisión de GEI: crear nuevas factorías que produzcan hidrógeno a partir de la electrólisis empleando energías renovables (hidrógeno verde), o aplicar las técnicas de captura de CO2 en las factorías existentes (hidrógeno azul). Cual de ellos se impondrá dependerá de diversos factores como la capacidad de inversión o la disponibilidad de equipos y materias primas, pero una cosa está clara, no existe una solución general. Aunque el hidrógeno pueda ser una promesa a largo plazo en muchos sectores, la necesidad de electricidad barata y enormes inversiones tanto públicas como privadas, son factores indispensables que no se están dando.

A pesar de que en la actualidad existan autobuses, trenes e incluso barcos propulsados por hidrógeno, el empleo de la mayoría de ellos es testimonial y en muchas ocasiones representa una mera campaña publicitaria para que grandes multinacionales como Nike, que presentó la primera barcaza fluvial propulsada por hidrógeno del mundo en 2023, se ganen la etiqueta de “respetuosas con el medio ambiente”. El precio del hidrógeno no parece que pueda competir con el de los combustibles fósiles a corto o medio plazo, al menos que su producción reciba enormes subvenciones de los gobiernos; por lo tanto, el papel del hidrógeno en la producción energética del mañana todavía es una incógnita.

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