25-05-2023 | Publicado por Principia
El cambio climático nos está forzando a buscar fuentes y vectores energéticos alternativos para reducir las emisiones de carbono. En esta tarea, el hidrógeno promete desempeñar un papel cada vez más importante.
El hidrógeno es la sustancia química más abundante en el universo, constituye del orden del 75% de toda la materia “normal” (excluyendo materia oscura y energía oscura). Las estrellas como el Sol están formadas esencialmente por hidrógeno en estado de plasma. Pero en la corteza terrestre sólo representa un 0,14% en peso, principalmente en forma de agua y compuestos orgánicos. Aunque el hidrógeno molecular apenas existe en la naturaleza, puede extraerse de diversas fuentes y constituye un vector energético capaz de almacenar, transportar y aportar energía.
¿Y en qué estriba su utilidad en el contexto de la energía sostenible? En que puede quemarse para producir calor o combinarse con oxígeno en una pila de combustible para generar electricidad y la única emisión en el punto de uso es agua. Por unidad de masa, el hidrógeno presenta un contenido energético espectacular: 120 MJ/kg. No hay más ver el combustible de los motores de los cohetes que van a la Luna.
Los problemas radican en la producción, almacenamiento y distribución del hidrógeno. Las emisiones globales asociadas a su uso dependen de cómo se produzca. Casi todo el hidrógeno que hoy se produce en el mundo proviene de combustibles fósiles. El método básico es el reformado de metano con vapor, una reacción que tiene lugar a alta temperatura y que conlleva emisiones de 6,6-9,3 toneladas de dióxido de carbono por cada tonelada de hidrógeno producida. Aunque la captura y almacenamiento de carbono pueden reducir mucho esa cifra, la huella de carbono global de la producción de hidrógeno es difícil de evaluar, en parte por la dificultad de evaluar las emisiones asociadas a la propia producción del gas natural.
También puede disociarse el agua en oxígeno e hidrógeno por electrólisis. Se usa electricidad para romper la molécula de agua, produciendo hidrógeno sostenible si la energía eléctrica proviene de una fuente sostenible. Actualmente este proceso es más caro que el basado en el metano y su eficiencia energética intrínseca es inherentemente baja. Pero puede producirse hidrógeno utilizando sobrantes de energía eléctrica renovable, almacenar el hidrógeno y usarlo luego para producir calor o generar electricidad.
La baja densidad del hidrógeno gaseoso complica su almacenamiento eficiente. La densidad puede aumentarse con presiones elevadas, pero entonces hay que resolver los problemas que éstas acarrean. Y también puede licuarse, pero hay que enfriarlo por debajo de 20 K a presión atmosférica y al menos a su punto crítico de 33 K para licuarlo a cualquier presión. Para colmo la densidad sigue siendo muy baja: basta ver que un metro cúbico de agua lleva 111 kg de hidrógeno mientras uno de hidrógeno líquido sólo tiene 71 kg.
Las innovaciones en el proceso electrolítico podrían hacer más competitiva la generación eléctrica de hidrógeno a gran escala. Y el hidrógeno puede desempeñar un papel significativo en la descarbonización de sistemas energéticos en que los combustibles fósiles no son fácilmente sustituibles por electricidad. El hidrógeno es capaz de producir el calor intenso requerido en la producción industrial de acero, cemento, vidrio y diversas sustancias químicas. En la industria del acero, el hidrógeno podría funcionar como vector energético limpio y a la vez como catalizador, reemplazando al coque. En transporte, el hidrógeno puede arder de forma relativamente limpia, con algunas emisiones de NOx pero sin emisiones de carbono. Las desventajas del hidrógeno como vector energético estriban en los altos costes de almacenamiento y distribución, asociados a su explosividad, su elevado volumen comparado con otros combustibles y su tendencia a fragilizar las tuberías.
En la actualidad los máximos consumidores de hidrógeno en el mundo son industrias tales como el refino del petróleo y la producción de amoníaco y metanol. Hoy por hoy, el empleo del hidrógeno como vector energético es marginal, pero eso podría cambiar pronto.
