¿Puede venir del agua el combustible del futuro?

Por Eduardo Piccolo Analista Económico

¿Qué me dirías si te dijera que hay una substancia capaz de substituir a la gasolina como combustible para los automóviles, que no produce gases de efecto invernadero y que es uno de los elementos más abundantes del universo?

Y sí, existe. Es el elemento químico más ligero y el primero de la tabla periódica: el hidrógeno. Es el elemento más abundante en el universo y está presente en el 70% de nuestro planeta. Sin embargo, es muy difícil de encontrar aislado en la naturaleza ya que tan solo el 0.000055% del aire atmosférico es hidrógeno.

El hidrógeno generalmente está unido a moléculas que componen otras substancias como el agua (H2O) que al descomponerse mediante un proceso llamado hidrólisis, permite extraer el hidrógeno aislándolo del oxígeno. En otras palabras, para adquirir este elemento tenemos que fabricarlo y existen varias maneras para obtenerlo.

En el sector energético, el hidrógeno se ha utilizado desde hace muchos años en industrias como la electrónica, metalúrgica e incluso hasta en la producción de fertilizantes. Sin embargo, nunca se ha empleado a gran escala en el mercado de los combustibles, pero esto está por cambiar. Los recientes problemas con el cambio climático le están exigiendo al mundo buscar fuentes de energía limpia que reviertan los daños hechos al planeta tras varios años de uso de fuentes de energía sucias.

En el año 2015, dentro de “El Acuerdo de París” firmado por las Naciones Unidas se acordó el “Cero Neto”: concepto que compromete a los países miembros reducir sus emisiones de gases de efecto invernadero a casi cero para el año 2050. Esto exige que busquemos soluciones alternativas para áreas de la economía donde la electricidad o las energías renovables no son eficientes, y ahí es donde encontramos un área de oportunidad.

Se dice que el hidrógeno puede resolver el problema del cambio climático. ¿Cuáles son los principales retos para establecerse como la opción verde para substituir a los combustibles fósiles?

Un ejemplo de esto se da en la industria metalúrgica, responsable de alrededor del 8% de las emisiones de CO2. Antes se creía que en ésta era necesario el uso de combustibles fósiles para alcanzar las temperaturas necesarias y crear las condiciones químicas para fabricar el acero. Actualmente esto no se puede lograr con electricidad pero sí se puede solucionar con hidrógeno. De igual manera en la industria aeroespacial y en la industria del transporte de carga, la energía eléctrica ha tenido muchas complicaciones por el tamaño de las baterías y porque no se ha alcanzado la autonomía necesaria para desarrollar trayectos largos sin la necesidad de recargar.

¿Cómo se obtiene energía a partir del hidrógeno?

Hay dos formas de obtener energía a partir del hidrógeno: la primera quemándolo y la segunda es dotando de energía a una batería de hidrógeno. Éstas baterías, a diferencia de las convencionales, son recargadas con hidrógeno líquido o en estado gaseoso de la misma manera que recargas tu automóvil en una gasolinera, como las que actualmente existen principalmente en Asia. ¡Sí! esto ya es una realidad y podemos estar a pocos años de poder tener una solución para suplir los actuales motores de combustión interna mediante las pilas de hidrógeno que ya son utilizadas.

El hidrógeno suena como el salvador del mundo, pero ¿es demasiado bueno para ser verdad? ¿Por qué la industria no esta acelerando el proceso de transición? ¿Qué ventajas y desventajas podría ofrecer esta nueva opción contra los combustibles actuales? ¿Se podría generalizar su uso?

Antes debemos saber primero que este elemento se obtiene de tres maneras distintas:

1. Hidrógeno gris: es el más sucio de los tres. Se obtiene al quemar carbón, por lo que su fabricación es a través de un medio contaminante. Este proceso es muy utilizado hoy en día ya que es económico.

2. Hidrógeno azul: se obtiene mediante el uso de gas natural en un proceso llamado “reformado de gas natural”, en el que se aprovecha el metano del gas para romper sus moléculas y hacerse del hidrógeno. Más tarde el CO2 resultante es enterrado en depósitos subterráneos o en contenedores. Este proceso es muy caro por lo que es el menos utilizado. Puede traer riesgos ambientales como fugas a formaciones acuíferas, además de que en estudios recientes no se encontró una reducción total de los gases emitidos. El hidrógeno azul aunque es más limpio que la quema de carbón, también es contaminante.

Un 95% del hidrógeno que se produce en el mundo es mediante combustibles fósiles. De ese 95%, el 75% se hace a través de gas natural, por lo que hoy por hoy es la forma más utilizada para producir hidrógeno en el mundo.

Esta alternativa es sumamente rentable ya que a pesar de que la guerra en Ucrania ha impulsado los precios del gas a la alza, existe tal cantidad de gas natural que las petroleras prefieren quemarlo antes de extraerlo cuando se encuentran con bolsas de gas natural al extraer petróleo, esta práctica sigue siendo sumamente común en Texas. Según estimaciones del Banco Mundial, en el 2018 se quemaron en todo el mundo 5.1 billones de pies cúbicos de gas natural, que equivale a todo el consumo de gas natural de México hoy en día.

3. Hidrógeno verde: es la opción más limpia de las tres. Utiliza la electricidad producida por paneles solares o diversos métodos para producir energía renovable. Mediante un proceso conocido como electrólisis, se rompe la molécula del agua para obtener el hidrógeno (H2) y oxígeno (O2). El hidrógeno en estado liquido o gaseoso se puede almacenar, transportar y usar cuando la demanda del energético sea elevada y de esta manera aprovechar al máximo la generación de energía mediante las fuentes renovables. El inconveniente de este tipo de hidrógeno actualmente es que el proceso es sumamente costoso; un kilo de hidrógeno producido con energías renovables cuesta entre $2.5 y $4.5 dólares aproximadamente.

Países que lideran el impulso al hidrógeno a nivel mundial

• Alemania ha declarado que el hidrógeno verde será un factor importante en el mix energético para llegar a una meta de cero emisiones para el 2045

• La Unión Europea se ha propuesto la construcción de electrolizadores con una capacidad de generación de 40 GW de electricidad renovable en hidrógeno para el 2030. La inversión estimada es de 470,000 millones de euros de inversión pública y privada para el 2050

• En Asia hay un esfuerzo importante para la inclusión del hidrógeno en su mix energético. China planea tener 1 millón de vehículos impulsados por baterías de hidrógeno para el 2030. La inversión estimada de China es de 155,000 millones de dólares para el 2025, de acuerdo con la Alianza del Hidrógeno China

• La japonesa Toyota está siendo el gran líder en las baterías de hidrógeno y el país está por convertirse en líder con más estaciones de recarga de hidrógeno

• Corea del Sur tiene un plan de infraestructura en donde apuestan que el hidrógeno sea la principal fuente de energía en su mix energético.

• Corea del Sur es también el país que vende más coches con esta tecnología año con año

• En Estados Unidos la administración Biden se ha puesto la meta de reducir los costos de producción del hidrógeno verde en un 80% para el 2030. Los lobbistas americanos también están impulsando beneficios fiscales y subsidios a la producción de hidrógeno y la modificación de gasoductos para que puedan transportar también hidrógeno

¿Es viable un modelo energético basado en el hidrógeno verde como sustituto a los combustibles fósiles en el corto o mediano plazo?

Una de las principales desventajas del hidrógeno verde son sus costos de producción. Para que el hidrógeno verde sea rentable, necesitaría cotizar por debajo de un dólar por kilogramo, que es lo que cuesta actualmente producirlo mediante hidrógeno gris. Bloomberg, por ejemplo, estima que ese nivel se alcanzará en el 2030. Asimismo, se tendrán que hacer grandes inversiones por parte de empresas y más aun gobiernos en capacidad instalada de electrolizadores, paneles solares y otras infraestructuras de generación eléctrica limpia, terminales de almacenamiento de hidrógeno, ductos y demás infraestructura necesaria para fabricar, almacenar y transportar el hidrógeno hasta el consumidor final.

La infraestructura utilizada para almacenar y transportar hidrógeno es más especializada y a su vez más costosa que la infraestructura existente de gasoductos y terminales de almacenamiento convencionales. Al ser una molécula tan pequeña, la probabilidad de tener filtraciones es más alta y esto puede generar afectaciones a la atmósfera y medio ambiente, inclusive peores que las de CO2.

Otra gran desventaja es que el costo asociado a los vehículos es muy alto. Un vehículo de hidrógeno actualmente puede costar el doble que uno eléctrico. Así mismo, los aviones y barcos de carga al día de hoy continúan siendo prototipos y es muy probable que cuando salgan al mercado su costo sea muy alto en comparación a los de los transportes de carga convencionales.

La desventaja más importante que encuentro para la transición energética al hidrógeno verde es la falta actual de demanda del mismo, tanto en vehículos como en procesos que requieran hidrógeno. Los autos eléctricos están empezando a dominar el mercado de los vehículos amigables con el medio ambiente, por lo que la mayoría de las inversiones se estan yendo hacia el desarrollo de la infraestructura de coches eléctricos.

Esto le resta interés a los coches impulsados con hidrógeno, excepto en Asia donde hay planes para incrementar la infraestructura en electrolizadoras para abastecer de hidrógeno al país y y a sus vehículos. Así mismo, la industria de la carga terrestre, aérea y marítima todavía se encuentra en pañales; actualmente solo existen prototipos, como por ejemplo Airbus que anunció una aeronave impulsada con hidrógeno programada para el 2035.

Los altos costos de inversión, los precios actuales del hidrógeno verde, los altos costos de los vehículos impulsados por hidrógeno y la casi nula demanda actual nos dan, al día de hoy, pocas esperanzas de que su uso sea una realidad en el corto y mediano plazo.