¿Qué países están a la vanguardia del hidrógeno?

¿Hay algo que el hidrógeno no pueda hacer? Podría propulsar coches, ayudar a producir acero e incluso calentar nuestras casas, dicen. Pero, ¿se trata sólo de palabrería o el rumor del hidrógeno se traduce realmente en avances?

Una de las mejores formas de medir la innovación es a través de la presentación de patentes, y eso es lo que hace un informe pionero de la Agencia Internacional de la Energía (AIE) y la Oficina Europea de Patentes (OEP). Utiliza los datos mundiales de presentación de patentes para mostrar qué tipos de avances en hidrógeno se están produciendo con mayor rapidez y dónde se ubican los centros de innovación en hidrógeno en el mundo.

Europa y Japón están a la cabeza en número de patentes, seguidos de cerca por Estados Unidos, según Hydrogen Patents for a Clean Energy Future. La UE presentó el 28% de todas las familias internacionales de patentes (IPFs, por sus siglas en inglés) en tecnologías del hidrógeno en 2011-2020, Japón el 24% y EE. UU. el 20%.

Sin embargo, EE. UU. fue la única región donde las cifras de familias internacionales de patentes -presentadas simultáneamente en multiples países- descendieron en comparación con la década anterior. El crecimiento más rápido se registró en China, con un 15,2%, y en Corea del Sur, con un 12,2%.

La UE está liderada por tres grandes polos: los de Múnich y la cuenca del Ruhr (Alemania) y París (Francia). En la cuenca del Ruhr, la empresa siderúrgica Thyssenkrupp es la principal solicitante de patentes relacionadas con el hidrógeno. En 2024 pondrá en marcha su primera planta industrial de producción de hierro por reducción directa, un método de fabricación de acero que genera una cuarta parte de las emisiones de carbono de los altos hornos tradicionales.

Las tecnologías relacionadas con la producción de hidrógeno representaron el mayor número de patentes de hidrógeno en 2011-2020. La principal tendencia ha sido un cambio significativo hacia métodos de producción de bajas emisiones.

"Las tecnologías motivadas por preocupaciones climáticas generaron casi el 80% de las familias de patentes relacionadas con la producción de hidrógeno en 2020", dice el informe. "Su crecimiento se vio impulsado principalmente por un rápido aumento de la innovación en electrólisis".

La electrólisis consiste en hacer pasar una corriente eléctrica a través del agua para dividirla en hidrógeno y oxígeno. Es un proceso de producción libre de carbono, mientras que muchos métodos convencionales de producción de hidrógeno implican el uso de combustibles fósiles como el carbón y el gas para separar el hidrógeno de los átomos de carbono del metano.

Se espera que el tamaño del mercado de electrolizadores se multiplique por 65 en esta década, ya que los países de todo el mundo intentan reducir sus emisiones de carbono en ámbitos como la generación de energía.

El sector del automóvil fue el ámbito del transporte en el que más aumentaron las solicitudes de patentes relacionadas con el hidrógeno.

El principal objetivo es crear pilas de combustible de hidrógeno capaces de propulsar vehículos. Las empresas automovilísticas japonesas y surcoreanas dominan este campo, beneficiándose de aparentes sinergias con su trabajo en tecnología de electrolizadores. Al mismo tiempo, la innovación en pilas de combustible para automóviles está ayudando a los avances en electrólisis, ya que ciertas pilas de combustible pueden utilizarse a la inversa para la electrólisis.

También ha aumentado la exploración del uso del hidrógeno en la propulsión de drones y aviones no tripulados. Esta área representó dos tercios de las solicitudes de patentes relacionadas con pilas de combustible para aviación en 2011-2020.

Los datos sobre patentes muestran que el desarrollo de pilas de combustible de hidrógeno se está imponiendo como opción a los motores de combustión interna de hidrógeno, mientras que las solicitudes de patentes de estos últimos han disminuido en la última década. La start-up británico-estadounidense ZeroAvia acaba de realizar un vuelo de prueba de un avión propulsado parcialmente por pilas de combustible de hidrógeno, y el fundador de la empresa afirma que la tecnología podría estar disponible para uso comercial en un par de años.

Pero las turbinas de hidrógeno pueden ser necesarias para vuelos de larga distancia, ya que ofrecen más potencia. Las turbinas de hidrógeno figuran en los diseños de Airbus, que espera lanzar el primer avión comercial del mundo con cero emisiones en los próximos años. Podría surcar los cielos en 2035.

Ha habido mucha menos actividad en torno al uso de pilas de combustible en el ferrocarril y el transporte marítimo, pero Tokio está impulsando patentes centradas en el ferrocarril, mientras que Seúl se perfila como centro de aplicaciones del hidrógeno en el transporte marítimo, según el informe.

East Japan Railway está probando un tren propulsado por hidrógeno y prevé su explotación comercial para 2030. Por su parte, Korea Shipbuilding & Offshore Engineering está probando el uso de pilas de combustible de hidrógeno en buques y podría ponerlas en marcha a finales de 2025.

Puede que no sea tan emocionante como los drones propulsados por hidrógeno, pero si hay más hidrógeno en el mundo, también tendrá que haber más formas de almacenarlo y moverlo.

El número de patentes relacionadas con el almacenamiento de hidrógeno puro ha aumentado considerablemente, con una media del 13% anual entre 2001 y 2020.

También están surgiendo avances en el almacenamiento de hidrógeno mediante su transformación en líquido, pero se trata de un proceso técnicamente complejo que implica enfriar el gas por debajo de -250ºC. Cambiar la forma del hidrógeno de esta manera también puede provocar pérdidas de energía, y hay problemas por resolver en torno a la durabilidad, el coste y la capacidad de ampliar estos sistemas, según el informe.

La UE está a la cabeza en almacenamiento de hidrógeno, con la mitad de los IPF publicados en almacenamiento de líquidos y el 38% de los relacionados con el almacenamiento de hidrógeno como gas.

EE. UU. registró el 26% de las actividades de patentamiento relacionadas con redes y equipos de distribución, pero tuvo una baja proporción de IPF para tecnologías de almacenamiento.

Aunque el rumbo general de las tecnologías del hidrógeno es positivo, las tendencias en la presentación de patentes son desiguales, según el informe de la AIE y la OEP.

El informe destaca el riesgo de "desajuste entre las tecnologías de la oferta y la demanda", y afirma que el aumento de solicitudes de patentes relacionadas con la producción de hidrógeno debe ir acompañado de avances en los usos del hidrógeno.

La AIE afirma que los gobiernos deben tomar medidas en este ámbito, dado su papel clave a la hora de incentivar al sector privado para que invierta en estas áreas. "En la actualidad existen unos 50 objetivos, mandatos e incentivos políticos que apoyan directamente el hidrógeno, la mayoría centrados en el transporte", afirma la AIE.

El informe sobre patentes pide a los gobiernos que envíen señales a las empresas de los sectores del hierro, el acero y el transporte marítimo sobre la necesidad de pasar a combustibles menos contaminantes, con el fin de fomentar su evolución.

El informe "The Net-Zero Industry Tracker", del Foro Económico Mundial, también afirma que es necesaria "una acción política decisiva para incentivar a los actores del acero hacia una producción de bajas emisiones". Esto se debe a que será extremadamente caro recalibrar la industria dependiente del carbón para pasar a producir acero verde fabricado con hidrógeno, ya que se espera que los costes sean entre un 25% y un 50% más elevados.

Sin embargo, es probable que el coste de no impulsar al mundo hacia un mayor uso del hidrógeno sea mucho mayor que el coste de mantener el statu quo. Como señala el informe de la AIE y la OEP: "El hidrógeno producido a partir de fuentes de bajas emisiones tiene el potencial de reducir la dependencia de los combustibles fósiles en aplicaciones en las que existen pocas alternativas".