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Retrocedamos en el tiempo para aprender del pasado.
Durante los siglos XIX y XX, los caballos eran el medio de transporte más utilizado, tanto en las zonas urbanas como en las rurales. Movían la economía y controlaban la cadena de suministro. Los caballos eran un recurso de "energía" extremadamente barato y muy eficaz, ya que alcanzaban una eficiencia que triplicaba la de los motores de carbón. Los caballos eran incluso una fuente de generación de empleo.
Sin embargo, este motor de la vida pública no tardó en convertirse en una fuente de residuos, ya que el estiércol de los caballos tuvo un enorme impacto negativo en la sociedad y el medio ambiente. El aumento de la población y la necesidad de más caballos provocaron enormes problemas sanitarios y medioambientales y su gestión fue compleja desde el punto de vista logístico. Pensemos, por ejemplo, en las enfermedades asociadas al polvo de estiércol seco y al fango de estiércol empapado, por no hablar del olor, las moscas y las muertes relacionadas con el tráfico de caballos.
Así pues, la transición del transporte a caballo al automóvil fue una opción razonable y aparentemente positiva para el medio ambiente.
Avanzando en el tiempo hasta 1952, la niebla tóxica producida por la industria, la calefacción residencial y el transporte provocó una grave contaminación atmosférica que llegó a matar a 12.000 personas en Londres. Tal acontecimiento fue el motor de la Ley de Aire Limpio de 1956, que restringió la quema de combustibles domésticos en las zonas urbanas.
Fue la piedra angular de la progresiva transición hacia el abandono del carbón en los ferrocarriles, en la fabricación de gas, en muchos hogares y en la mayoría de las industrias.
250 años después de la revolución industrial impulsada por el carbón y 140 años después de la primera patente de un vehículo impulsado por un motor de gas, nos enfrentamos ahora a retos similares en materia de salud pública y medio ambiente.
Se han propuesto diferentes fuentes de energía alternativas para liderar la transición energética que tienen todas las ventajas pero también los retos asociados al coste, la implantación o la distribución generalizada. Una de las alternativas llamadas a liderar la nueva transición energética, es el uso del hidrógeno verde, obtenido por electrólisis, como vector energético. Pero, ¿podría el hidrógeno liderar esta nueva transición hacia una economía más limpia?
El hidrógeno ofrece un gran número de ventajas sobre otros vectores energéticos para liderar la transición energética:
Por todas estas razones y otras más, hoy en día la "Economía del Hidrógeno" (como concepto que engloba toda la cadena de suministro -producción, almacenamiento, distribución y utilización-) es la palabra de moda elegida.
Pero la pregunta que sigue es: ¿Cuándo va a ocurrir?
Durante muchos años, a finales de los 90 y principios de los 2000, se creía que el sector del transporte era el motor de la transición a la economía del hidrógeno; sin embargo, el auge de los vehículos enchufables y totalmente eléctricos ha cambiado en gran medida el paradigma de la electrificación de la movilidad en los últimos cinco años. Entonces, ¿qué es lo siguiente? Si los coches de batería son el presente, ¿por qué el auge del vocabulario de la Economía del Hidrógeno en los últimos años?
Creemos que la transición a la Economía del Hidrógeno estará impulsada por algo más que los vehículos personales. Mientras que las baterías son la respuesta más inmediata para la electrificación del transporte ligero, el hidrógeno se centra en aportar soluciones a un sector clave como el del transporte pesado y de larga distancia. De hecho, los camiones, trenes, barcos y aviones constituyen el 68% de las emisiones de CO2 del sector del transporte.
Además del sector del transporte, el hidrógeno tiene el potencial de liderar la transición energética hacia un futuro energético limpio, seguro y asequible en la industria y en las zonas urbanas, pero luego debe adoptarse en las industrias de alto consumo energético (por ejemplo, el acero y el cemento), la calefacción urbana y la iluminación. En algunos de estos casos, el hidrógeno se utilizará en una pila de combustible para generar electricidad; en otros casos, el hidrógeno se utilizará como combustible en un horno de combustión para generar calor sin emisiones de CO2.
En cuanto al escenario en el que el hidrógeno se utiliza como combustible en una pila de combustible para generar electricidad, desde hace unas décadas, los científicos y la industria han estado desarrollando pilas de combustible que permitirán el uso de hidrógeno y de combustibles que contienen hidrógeno no sólo en el transporte, sino también en aplicaciones estacionarias fuera de la red (por ejemplo, la generación de electricidad para edificios).
Aunque las pilas de combustible no están totalmente implantadas en el mercado como las baterías, sí están disponibles comercialmente, como demuestran los siguientes casos. Los principales fabricantes de automóviles tienen vehículos eléctricos de pila de combustible de hidrógeno disponibles en el mercado, como el Toyota Mirai, el Hyundai Nexo, el Mercedes-Benz GLC F-CELL, el Honda Clarity y el BMW iX5 de batería de combustible.
Lo mismo ocurre con Hynova Yachts, con sede en Francia, que está adoptando las pilas de combustible de hidrógeno de Toyota para alimentar barcos de 40 pies. En cuanto a las aplicaciones estacionarias, la energía de las pilas de combustible para aplicaciones fuera de la red -desde torres de comunicación hasta respaldo eléctrico para edificios- también es una realidad. Y en 2020, incluso Microsoft informó del uso de generadores de respaldo de hidrógeno para uno de los servidores de su centro de datos.
Por otro lado, Fuel Cell Systems, Ltd demostró la flexibilidad de las pilas de combustible de hidrógeno para suministrar energía a equipos de comunicaciones esenciales en la Antártida. Y PowerUP produce pilas de combustible de hidrógeno para alimentar diferentes aplicaciones en la industria marítima y en la infraestructura de telecomunicaciones.
Así que ahora, la pregunta es: ¿Por qué no se han implantado ampliamente?
Aunque el hidrógeno es el elemento más abundante de la Tierra, no existe en su forma molecular de gas fácilmente disponible. Eso significa que hay que producir el gas hidrógeno. De ahí los llamados colores del hidrógeno, que se refieren a la forma de producirlo. Así, en la actualidad, el hidrógeno se produce principalmente a partir de hidrocarburos (gris, azul o turquesa). Sin embargo, la producción de hidrógeno a partir de hidrocarburos sigue provocando la emisión de CO2. En cambio, el hidrógeno verde -sin emisiones de CO2- se produce por electrólisis del agua (H2O) utilizando recursos renovables. Pero, a día de hoy, del total del suministro anual de hidrógeno en el mundo, el 59% se produce a partir de la reformación de metano al vapor del gas natural a base de combustibles fósiles, el 19% se produce a partir de la gasificación de carbón a hidrógeno, y sólo el 1% procede actualmente de la electrólisis. Por ello, la producción de hidrógeno verde se ha convertido en un área clave que encabeza la lista de tecnologías emergentes.
Sin embargo, el principal problema de la implantación generalizada del hidrógeno verde es su coste: el hidrógeno verde cuesta entre 10 y 12 euros/kg frente a los 5-6 euros/kg del hidrógeno gris. En cuanto al coste medio de un electrolizador de hidrógeno, se debe principalmente al suministro de energía (28%), a los diversos componentes de energía (45%) y al procesamiento y la circulación del agua (12%). Por tanto, la reducción del coste de la producción de hidrógeno ecológico puede abordarse reduciendo el coste de la electricidad renovable y de los componentes de los electrolizadores.
Varios analistas prevén que el coste de la producción de hidrógeno verde a partir de energías renovables se reduzca en un 30 % de aquí a 2030, lo que permitirá ampliar la producción de hidrógeno verde. En cambio, el coste de los componentes de los electrolizadores es más complicado: Entre el 5 y el 10% del coste del electrolizador depende actualmente de la volatilidad de los precios del catalizador (Pt, Ir, Ni, Co, Ru) y, por tanto, depende de la disponibilidad de estos metales, de las fluctuaciones de la oferta/demanda y de factores geopolíticos. Por tanto, reducir la dependencia de estos materiales críticos permitirá generalizar el uso de la tecnología, y precisamente, en CIC energiGUNE, estamos trabajando para superar estas barreras desarrollando catalizadores para electrolizadores basados en materiales más abundantes en la Tierra.
El hidrógeno también se enfrenta a limitaciones en términos de almacenamiento y distribución. El desarrollo de las infraestructuras de hidrógeno no está a la altura de las necesidades. Por tanto, esta carencia está frenando la implantación generalizada del hidrógeno.
Dado que el precio del hidrógeno para los consumidores depende en gran medida de la oferta/demanda, la falta de una red de distribución de hidrógeno para los hogares y la industria y la escasez de estaciones de servicio de hidrógeno provocan incertidumbre y altos costes para el consumidor. La planificación y la coordinación entre los gobiernos, la industria y las partes interesadas pueden contribuir a resolver este problema.
Entonces, ¿qué tenemos que hacer ahora? La investigación y el desarrollo en centros de investigación como el CIC energiGUNE, es esencial para reducir los costes y mejorar el rendimiento/durabilidad de los electrolizadores y las pilas de combustible. Sin embargo, esta no es la principal limitación. Las acciones gubernamentales y los fondos públicos son fundamentales para establecer la agenda de investigación, asumir riesgos y atraer capital privado para la innovación.
Además de las mejoras en la tecnología del hidrógeno y la reducción de su coste, también es importante que los centros industriales impulsen la producción y utilización del hidrógeno verde. La industria y los gobiernos de todo el mundo deberían adaptar las infraestructuras existentes y construir otras nuevas para el transporte y el almacenamiento del hidrógeno. De hecho, un aumento de la demanda de hidrógeno reducirá sus costes. Asimismo, los gobiernos deberían eliminar las barreras regulatorias innecesarias y favorecer las políticas que creen mercados sostenibles para el hidrógeno verde, apuntalando las inversiones en la producción, los proveedores y los usuarios, ya que estas inversiones también reducirán significativamente el coste.
Los combustibles fósiles ayudaron a la sociedad moderna a crear un poder industrial y a transformar el transporte. Ahora es el momento de aprovechar la capacidad del hidrógeno verde para desempeñar un papel clave en una economía energética limpia, segura y asequible. La tecnología está suficientemente madura y las circunstancias mundiales reclaman que tomemos medidas.
Autor: Paramaconi Rodríguez, Jefe del grupo de investigación Tecnologías Electroquímicas del Hidrógeno, del área de Almacenamiento Electroquímico de CIC energiGUNE.
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