El hidrógeno vuelve a estar en la agenda como posible solución para la descarbonización, pero aún quedan varios desafíos fundamentales por resolver.
Son las mismas barreras que frenaron el último ciclo de entusiasmo por el hidrógeno, hace 20 años.
Veamos en detalle esos desafíos y por qué las cosas podrían ser diferentes esta vez.
En 2020, el hidrógeno experimenta un enorme resurgimiento como combustible de cero emisiones milagroso. Hay una esperanza real de que el hidrógeno pueda descarbonizar muchas partes de la economía a las que no puede llegar la electrificación. Tanto el estímulo del plan europeo de recuperación verde tras la COVID como el Plan de Energía Limpia de Joe Bidenincluyen un enfoque en la producción de hidrógeno con energía renovable. Pero persisten desafíos fundamentales.
Aún no sabemos cómo transportar, distribuir y almacenar hidrógeno a un costo asequible. Por eso, el hidrógeno no puede alcanzar todo su potencial.
El hidrógeno ya ha pasado por ciclos de entusiasmo y decepción. Ahora mismo, la UE lidera la iniciativa. Sin embargo, si retrocedemos 20 años, sus mayores defensores eran Estados Unidos y Japón.
¿Por qué el entusiasmo por el hidrógeno no cumplió sus promesas la última vez?
Lecciones del último ciclo de entusiasmo por el hidrógeno
Las propiedades físicas del hidrógeno dificultan su transporte y almacenamiento. Incluso cuando lo enfriamos a temperaturas criogénicas, el hidrógeno líquido apenas tiene el 25 % de la densidad energética volumétrica de la gasolina. El hidrógeno gaseoso es aún peor: a una presión razonable, solo alcanza el 10 % de la densidad energética volumétrica de la gasolina. Por tanto, si transportáramos hidrógeno en contenedores, nos enfrentaríamos a los siguientes desafíos:
1. Hidrógeno comprimido
Podríamos almacenar hidrógeno comprimido en un contenedor y transportarlo.
Pero, debido a la baja densidad del hidrógeno, necesitaríamos contenedores muy grandes. Además, al almacenar cualquier gas comprimido, no se obtienen economías de escala: la masa del contenedor es proporcional a la cantidad de gas almacenado. Por lo tanto, para almacenar mucho hidrógeno, necesitamos un contenedor voluminoso y pesado.
Las cifras son pésimas. Incluso si usamos materiales costosos y muy resistentes para el contenedor, como compuestos con fibra de carbono, el combustible de hidrógeno apenas representa el 5 % del peso total del contenedor. Esto no resulta barato, compacto ni ligero. Es una desventaja para el hidrógeno comprimido en vehículos terrestres y plantea dificultades para la aviación, ya que los aviones deben ser ligeros y pequeños para reducir la resistencia aerodinámica y ahorrar combustible.
Incluso en el transporte marítimo, menos sensible al peso, el mayor volumen del combustible de hidrógeno comprimido sería devastador. En un buque diésel normal de hoy, el combustible ocupa aproximadamente el 4 % del volumen de almacenamiento. Con hidrógeno comprimido, el combustible ocuparía el 40 % del volumen de almacenamiento del buque, lo que reduciría su capacidad para transportar mercancías a granel.
2. Hidrógeno líquido criogénico
Podríamos almacenar hidrógeno licuado en un contenedor y transportarlo. Esto eliminaría la necesidad de contenedores costosos y pesados capaces de soportar la presurización. Pero el hidrógeno solo se vuelve líquido a -250 ˚C. Mantener temperaturas tan bajas es costoso y difícil, ya que tenemos que dejar que parte del hidrógeno se evapore continuamente para mantener frío el resto.
Tanto el almacenamiento de hidrógeno comprimido como el de hidrógeno licuado también implican pérdidas adicionales de energía, ya sea para comprimir el gas o para enfriarlo. Además, ambos requieren equipos especializados, cuyo costo inicial desincentiva su adopción. De hecho, el costo de una estación de repostaje de hidrógeno —hasta 10 veces el de una estación de carga rápida para vehículos eléctricos— ha obstaculizado la amplia implantación de automóviles propulsados por hidrógeno, pese al enorme entusiasmo por este combustible.
3. Gasoductos de hidrógeno
Podríamos prescindir de los contenedores y distribuir hidrógeno por gasoductos. A largo plazo, este es el método más barato. Pero el costo de un sistema maduro de gasoductos para hidrógeno debe repartirse entre muchos usuarios, lo que resultará caro dado que, para empezar, hay pocos usuarios de hidrógeno.
Construir un sistema exclusivo de gasoductos para distribuir hidrógeno podría costar billones de dólares. Por ejemplo, un grupo de operadores alemanes de gasoductos presentó recientemente un plan para construir una red de 1.200 km de gasoductos de hidrógeno para 2030, con un costo de 660 millones de euros, a partir de gasoductos de gas natural reconvertidos. Esto concuerda con la regla general de que instalar gasoductos en zonas suburbanas cuesta 1 millón de dólares por milla. Pero los 1.200 km parecen insignificantes si consideramos que solo en Alemania la red de gas natural tiene 530.000 km de longitud. Estados Unidos cuenta con unos 3 millones de millas de tuberías de transmisión y distribución de gas, que llevan gas hasta los hogares.
Una de las soluciones que se estudian consiste en adaptar los gasoductos de gas natural para distribuir hidrógeno puro. Pero el hidrógeno reacciona con muchos componentes de los gasoductos y los vuelve quebradizos, incluidos el hierro, el acero y las soldaduras. Además, el hidrógeno es la molécula más pequeña, por lo que se filtra por las tuberías convencionales, lo que provoca pérdidas y riesgos para la seguridad. También carecemos de maquinaria asequible para comprimir hidrógeno y transportarlo por gasoductos. Se están haciendo esfuerzos para resolver estos problemas fundamentales.
4. Almacenar hidrógeno a lo largo del tiempo
¿Sería más fácil si por ahora nos olvidáramos del transporte y simplemente almacenáramos hidrógeno a lo largo del tiempo?
La buena noticia es que existen opciones de bajo costo que funcionan a gran escala, como las cavernas de sal y roca. Pero su disponibilidad está limitada geográficamente. En palabras de Bloomberg New Energy Finance: «Si hoy el hidrógeno reemplazara al gas natural en la economía mundial, habría que construir entre tres y cuatro veces más infraestructura de almacenamiento, con un costo de 637.000 millones de dólares para 2050, a fin de ofrecer el mismo nivel de seguridad energética». Almacenar grandes cantidades de hidrógeno es uno de los grandes desafíos y un requisito previo para una economía del hidrógeno sólida.
Esta vez, el entusiasmo por el hidrógeno puede ser distinto
A pesar de estos desafíos, vale mucho la pena invertir en hidrógeno. La electricidad solo representa un tercio de las emisiones de carbono causadas por la actividad humana, y el hidrógeno sigue siendo una de nuestras mejores apuestas para descarbonizar los demás sectores de la economía. Mitigar el cambio climático es demasiado importante como para no intentar todas las vías posibles.
La drástica caída de los costos de la electricidad renovable nos permite apostar por producir hidrógeno sin emisiones de CO2 a un costo que puede ser competitivo en la próxima década. Resolver únicamente el problema de producir hidrógeno sin CO2 ya representa una oportunidad extraordinaria; el hidrógeno ya se utiliza como materia prima industrial. En una instalación con un único uso, como una planta petroquímica, producir cerca hidrógeno sin CO2 reduce la necesidad de transportarlo, distribuirlo o almacenarlo. Reemplazar simplemente el hidrógeno gris que ya se usa en la industria por hidrógeno verde ahorraría 800 millones de toneladas de CO2 al año. En cuanto a una distribución más amplia del hidrógeno para lograr una descarbonización parcial en un futuro próximo, se puede mezclar hasta un 20 % de hidrógeno por volumen con gas natural y transportarlo por la infraestructura actual de gasoductos sin modificaciones importantes. Todo esto constituye un buen comienzo para el entusiasmo por el hidrógeno, pero, evidentemente, no garantiza el éxito.
Los responsables de formular políticas y la industria privada no deben descuidar los desafíos que plantean el transporte, la distribución y el almacenamiento del hidrógeno. Estas iniciativas abarcan una amplia gama de trabajos de investigación y desarrollo; por ejemplo, la investigación sobre una clase de materiales llamados hidruros metálicos que ofrecen grandes posibilidades como nuevo medio para almacenar hidrógeno. También se está trabajando para convertir hidrógeno en amoníaco o metanol, que es más fácil de transportar, y después usar la molécula derivada como combustible o volver a convertirla en hidrógeno en el destino del cliente. Por último, se está intentando deshacer el nudo gordiano del ciclo de entusiasmo por el hidrógeno y evitar por completo la necesidad de transportarlo a grandes distancias mediante su producción distribuida.
Estas innovaciones en toda la cadena de suministro y distribución del hidrógeno serán imprescindibles para que este desempeñe un papel importante en la descarbonización de toda nuestra economía.
