Los riesgos del hidrógeno

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Fuente: https://elperiodicodelaenergia.com/

En los últimos años cada vez se habla más, en el mundo de la energía, de la economía del hidrógeno, que propone la utilización masiva del hidrógeno en movilidad, como sustituto de los combustibles tradicionales derivados del petróleo, principalmente la gasolina y el gasóleo, en aplicaciones industriales donde se precise un importante aporte energético y como sistema de almacenamiento de energía, produciendo hidrógeno cuando la oferta de energía eléctrica excede de la demanda, y que este hidrógeno sea producido de manera respetuosa con el medio ambiente, de manera que contribuya a una importante reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero.

Proyectos en España y Europa

El Plan de Recuperación, Transformación y Resiliencia, presentado por el Gobierno de España el 7 de octubre de 2020, descansa en cuatro pilares fundamentales: la transición ecológica la transformación digital, la cohesión social y territorial y la igualdad, y contiene 10 políticas palanca y 30 componentes. Una de sus políticas palanca es la transición energética justa e inclusiva, que incluye, entre otros, el proyecto de una hoja de ruta del hidrógeno renovable y su integración sectorial. Este proyecto pretende, como indica el propio plan, impulsar el hidrógeno renovable con el objetivo de descarbonizar la economía, reducir los costes energéticos para la industria, el sector servicios y los hogares y favorecer la competitividad, luego se confía en el desarrollo del hidrógeno como uno de los pilares fundamentales de nuestro desarrollo energético y económico.

El pasado 6 de octubre el Ministerio de Transición Ecológica presentó la “Hoja de Ruta de Hidrógeno: una apuesta por el Hidrógeno Renovable”, en la que, además de destacar el papel clavel del hidrógeno renovable para lograr el objetivo de neutralidad climática en el año 2050, se destaca como esencial “la creación y el fomento de un entorno favorable para la oferta y demanda de hidrógeno renovable”, seguida por el anuncio del gobierno de destinar más de 1.500 millones al impulso del hidrógeno renovable hasta 2023 a través del Fondo Europeo de Recuperación.

Fruto de este impulso generalizado al hidrógeno renovable, se están promoviendo en diferentes ámbitos, europeo, nacional y autonómico, numerosas estrategias y hojas de ruta para el desarrollo del hidrógeno renovable, comprometiendo cuantiosas inversiones para lograr el necesario desarrollo tecnológico. Así, la Unión Europea ha anunciado un proyecto de desarrollo de la economía del hidrógeno en varias fases:

  • Primera fase, de 2020 a 2024, que prevé la instalación de 6 GW de electrolizadores y la producción y transporte de 1 millón de toneladas de hidrógeno renovable en toda la UE hasta 2025.
  • Segunda fase, de 2025-2030, con el objetivo estratégico de instalar al menos 40 GW de electrolizadores para 2030 y la producción de hasta 10 millones de toneladas de hidrógeno renovable.
  • Tercera fase, de 2030 hasta 2050, cuando se prevé que la madurez de la tecnología permita el despliegue masivo del hidrógeno, con el objetivo de llegar a todos los sectores que sean difíciles de descarbonizar por otros procedimientos. Se prevé que aproximadamente una cuarta parte de la electricidad renovable podría usarse para la producción de hidrógeno renovable en 2050, por lo que será necesario un enorme incremento de la producción de energía renovable.

Por su parte, el Gobierno de España, en su Hoja de Ruta del Hidrógeno, ha planteado 60 medidas para conseguir los siguientes objetivos país en el año 2030:

  • 4 GW de potencia instalada de electrolizadores.
  • 25 % del consumo de hidrógeno en la industria, que en la actualidad en España asciende a alrededor de 500.000 toneladas al año.
  • 100-150 hidrogeneras de acceso público.
  • 150-200 autobuses eléctricos de pila de combustible.
  • 000-7.500 vehículos ligeros y pesados eléctricos de pila de combustible para transporte de mercancías.
  • 2 líneas comerciales de trenes propulsados con H2.
  • 8900 millones de euros en inversiones para proyectos de producción de hidrógeno renovable.
  • Reducción de 6 millones de toneladas equivalentes de CO2.

Los objetivos son prometedores, pero es necesario analizar las ventajas e inconvenientes que tiene el hidrógeno para ver hasta qué punto merece la pena este enorme esfuerzo y cómo orientarlo con el mayor provecho.

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Conceptos básicos sobre el hidrógeno y su uso en el mundo de la energía

El hidrógeno es el primer elemento de la tabla periódica, estando su átomo formado por un protón y un electrón. En condiciones normales su estado es el gaseoso y es incoloro, inodoro e insípido. Es además altamente inflamable. Su principal utilización es en la industria química, para la síntesis del amoniaco y en los procesos de refino del petróleo, entre otras aplicaciones. Es el elemento más abundante en el Universo, constituyendo un 75% de la materia de éste.

El hidrógeno, al igual que la electricidad, no puede considerarse una fuente de energía directamente utilizable, pues en la Tierra no hay apenas en estado libre, sino que está combinado formando diferentes tipos de moléculas, principalmente agua y en la mayoría de los compuestos orgánicos, por lo que para obtenerlo es necesario emplear energía. Se trata, por tanto, de un vector energético, es decir, es un portador donde poder almacenar energía que podremos utilizar en otro momento o lugar, en sustitución de otros combustibles tradicionales. Para la generación del hidrógeno existen varios procesos, que emplean como materias primas gas natural, carbón, biomasa o agua y, en algunos casos energía, generándose en algunos de ellos CO2. Los procedimientos tecnológicos más destacables son los siguientes:

  • Mediante el reformado del metano (CH4) con vapor. El componente mayoritario del gas natural es el metano, por lo que se utilizar este gas como materia prima y además del hidrógeno se produce CO2. Por motivos técnicos y económicos éste es el proceso más utilizado en la generación de hidrógeno.
  • Mediante gasificación del carbón, nafta o fuel pesado. También generan CO2.
  • Mediante gasificación de biomasa celulósica. En este caso el saldo de emisiones de CO2 es neutral, pues el CO2 emitido en la gasificación es el que antes habían capturado las plantas.
  • Por la descomposición del agua mediante electrolisis, utilizando electricidad. Si la electricidad procede de fuentes renovables, es un proceso respetuoso con el medio ambiente, pues no genera CO2, aunque más caro que el reformado de gas natural. Precisa además de disponer de un suficiente suministro de agua. Se ha venido empleando con demandas no muy altas de hidrógeno.

Según la generación y el tratamiento del CO2 se pueden distinguir tres tipos de hidrógeno:

  • Hidrógeno marrón (también llamado gris): hidrógeno producido mediante procesos que generan CO2 sin que se realice su captura. Es el más frecuente en la actualidad.
  • Hidrógeno azul: hidrógeno producido mediante procesos que generan CO2, pero realizando posteriormente su captura, almacenamiento y aislamiento a largo plazo.
  • Hidrógeno verde: Producido por electrolisis del agua empleando electricidad procedente de fuentes renovables, no generando CO2.

Ventajas del hidrógeno

El hidrogeno está llamado a tener una gran importancia en el sistema energético por sus numerosas ventajas, especialmente si se trata de hidrógeno verde, generado a partir de energías renovables:

  • Tiene una densidad energética muy elevada, siendo su contenido energético por peso de hasta tres veces el de la gasolina.
  • Su combustión tan solo produce agua, con lo que contribuiría radicalmente a reducir la contaminación en nuestras ciudades.
  • Se puede inyectar en las redes de transporte y distribución de gas natural, pudiendo alcanzar un porcentaje de hasta el 2% sin excesivos problemas ni modificaciones en las instalaciones, y con inversiones en adaptación de la red se puede superar el 10%.
  • Permite regular la diferencia entre los ritmos de producción de energía renovable y los ciclos de la demanda de energía, pues se puede generar y almacenar energía en forma de hidrógeno en momentos de exceso de producción de energía eléctrica renovable, para emplearla posteriormente cuando la demanda sea superior a la oferta.
  • En movilidad permite unas potencias y autonomías de los vehículos mucho más largas que los vehículos eléctricos.
  • Contribuirá a la independencia energética de nuestra economía.
  • Contribuirá decisivamente a la descarbonización de la economía.

Con todas estas ventajas, parece razonable el interés de los gobiernos español y europeo por promover el hidrógeno e inyectar en este proyecto una ingente cantidad de dinero, pero no solo debemos mirar a las ventajas.

Acciona, hidrógeno verde

No es oro todo lo que reluce con el hidrógeno

Sin embargo, el hidrógeno presenta serias dificultades que pueden comprometer su desarrollo futuro:

El principal problema del hidrógeno es, como se ha indicado anteriormente, que no está presente de forma libre en la naturaleza, de manera que no se puede utilizar directamente como fuente de energía, sino que es necesario obtenerlo a partir de recursos naturales, como el agua, con un importante consumo de energía, obteniendo hidrógeno verde, o mediante el reformado del metano, con lo que seguiríamos dependiendo del gas natural y generando CO2, que habría de ser capturado y almacenado.

Los procesos de generación de hidrógeno a partir del agua, mediante electrolisis, tienen una baja eficiencia energética, del orden del 50%, previéndose que pueda llegar, en el largo plazo, hasta el 80%, lo que supone una importante pérdida de energía. A ello hay que añadir, en aplicaciones de movilidad, el rendimiento de la pila de combustible, que se encuentra en torno al 60%, y el rendimiento del sistema mecánico del vehículo, por lo que, en conjunto, la movilidad a hidrógeno tendría un rendimiento global del 25%, de lo que habría que detraer la eficacia de la generación y el transporte de la electricidad para suministrar a los electrolizadores. Sería necesaria una masiva instalación de plantas de energía renovable para poder generar el hidrógeno que se prevé que necesitaríamos de aquí a 2050, como se analiza posteriormente. En cambio, los vehículos eléctricos tienen un rendimiento global, en las mismas condiciones, del orden del 70%, permitiendo un aprovechamiento mucho mejor de la energía.

Un inconveniente añadido del hidrógeno verde es su elevado coste de generación, mucho mayor que el del hidrógeno obtenido a partir del gas natural, lo que hace que en la actualidad el 95% del hidrógeno que se genera en el mundo sea producido a partir del gas natural, petróleo o carbón. Sin embargo, la drástica tendencia a la baja del precio de las energías renovables, junto con el esperado desarrollo tecnológico, permiten pronosticar que para 2050 el hidrógeno verde sea incluso más barato que el procedente de gas natural.

Otro problema que tiene el hidrógeno es su carácter gaseoso, por lo que para tener una gran cantidad de energía disponible es necesario almacenarlo a altas presiones. Ya se está trabajando en depósitos a 750 bar, equivalente a unas 740 veces la presión atmosférica, o lo que es lo mismo, es la presión que se soporta estando sumergido en el mar a 7400 metros de profundidad, lo que es una presión muy elevada. Además, la molécula de hidrógeno, al ser muy pequeña, tiende a fugarse de los depósitos y tuberías con gran facilidad, lo que provoca pérdidas que pueden alcanzar un 2 o 3% diario. Es como si del depósito de nuestro coche se evaporase un litro y medio de gasolina al día. Esto es especialmente grave al ser el hidrógeno un gas altamente inflamable, lo que podría obligar a rediseñar los sistemas de ventilación y distribución eléctrica en aquellos lugares cerrados donde se puedan juntar varios vehículos e instalaciones de distribución de hidrógeno.

Además, el hidrógeno provoca fragilidad sobre el acero de las conducciones y tuberías, lo que obligaría, para que puedan transportarlo, a protegerlas mediante el recubrimiento de su interior con polímeros.

Por último, es necesario tener en cuenta que, para generar hidrógeno verde, además de electricidad y equipos, hace falta bastante agua, recurso que en nuestro país es bastante escaso.

Los cuellos de botella del hidrógeno

Son, por tanto, varios los inconvenientes que tiene el hidrógeno, dos de los cuales especialmente notorios, hasta el punto de que pueden lastrar e incluso parar en seco el desarrollo a gran escala de una economía del hidrógeno: la disponibilidad de electricidad de origen renovable y la disponibilidad de agua.

Con el objetivo planteado por el Gobierno de España para el año 2030, que prevé la instalación de electrolizadores con una potencia total de 4 GW, lo que supondría aproximadamente una producción de 700.000 de toneladas de hidrógeno, se precisarían de unos 12 millones de m3 de agua al año (12.000 millones de litros), lo que equivale aproximadamente al consumo de 245.000 españoles y, por otro lado, se necesitarían 13.000 hectáreas de terreno para huertos solares dedicados en exclusiva. Si el objetivo fuese dedicar tan solo los excedentes de energía renovable, cuando ésta supera a la demanda, a la producción de hidrógeno, las necesidades de terreno destinados a la generación renovable se multiplicarían.

Si el objetivo fuera satisfacer con hidrógeno el 10% de la demanda de movilidad que actualmente funciona con combustibles derivados del petróleo, el 10% de la demanda de gas natural y el 25% de la demanda industrial de hidrógeno, se precisaría producir del orden de 1.700.000 toneladas de hidrógeno al año, lo que precisaría de más de 28 millones de m3 de agua al año, similar al consumo de unas 582.000 personas, y 31.000 hectáreas en huertos solares dedicados en exclusiva a la producción de hidrógeno.

La pregunta que debemos hacernos ahora es ¿disponemos en España de agua y terrenos suficientes para atender esa demanda?, teniendo en cuenta que además hay que satisfacer los objetivos de electrificación de nuestra economía planteados en el PNIEC.

Luego tanto la energía renovable como el agua pueden ser dos factores muy limitantes. En Alemania parece que se han dado cuenta de este problema, por lo que han planteado la posibilidad de construir una central hidroeléctrica en el río Inga, una parte del río Congo en la República Democrática del Congo, que con 44 Gw de potencia sería la mayor del mundo, con el objetivo de generar electricidad para destinarla a producir hidrógeno que, una vez licuado, se transportaría hasta Alemania mediante petroleros o por ferrocarril. Este proyecto provocaría un grave daño en un extenso ecosistema de gran riqueza y destrozaría los hogares y el modo de vida de decenas de miles de personas para generar un mal llamado hidrógeno verde.

Por otro lado, el último informe New Energy Outlook 2020 de Bloomberg resalta que los objetivos de electricidad limpia e hidrógeno requerirán un sistema energético de 6 a 8 veces más grande que el actual para el año 2050 y una inversión entre 14 y 66 trillones de dólares (entre 11,7 y 55,3 billones de euros) en la fabricación, transporte y almacenamiento de hidrógeno.

Por su parte, la Estrategia Europea de Hidrógeno prevé inversiones de 18.000 millones de euros en hidrógeno azul, es decir, a partir de gas natural con captura del CO2, poniendo de manifiesto la imposibilidad de depender del hidrógeno verde para satisfacer las necesidades de este elemento para la economía europea.

¿Tiene entonces futuro el hidrógeno?

Son muchas las ventajas que ofrece y, sobre todo, ofrecerá el hidrógeno, pero antes de lanzar una estrategia de desarrollo del hidrógeno e invertir millones de euros, tenemos que considerar los inconvenientes y analizar cuál es la capacidad de acogida del territorio, si disponemos de los recursos necesarios, sobre todo energía y agua.

El hidrógeno no es una fuente de energía, es un vector energético, un medio donde, a cambio de una eficacia bastante baja, podemos almacenar energía para emplearla en otro momento y lugar, pero necesitamos disponer de recursos para su producción, recursos que son escasos. Tendrá su momento y su espacio, no a corto plazo, en un entorno multienergía, en aplicaciones difíciles de descarbonizar por otros medios, donde necesitemos una elevada potencia y autonomía con un muy bajo impacto ambiental, como la industria pesada, el transporte de mercancías a media y larga distancia o la aviación; serán necesarias importantes inversiones en investigación y desarrollo y en la creación de una importante red de producción, transporte y uso, pero no va a ser la panacea de nuestros problemas energéticos y, sobre todo, debemos evitar que se convierta en una fuente futura de problemas, en nuestro país y en nuestros países vecinos.

David Valle Rodríguez es Ingeniero Industrial y Ldo. en Administración y Dirección de Empresas y Ex Director General de Industria, Energía y Minas de la Comunidad de Madrid.

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