Profesor Clemons-Magee de Química Chris Berrill, cuya investigación se centra en la resolución de problemas energéticos, comparte cómo podemos aprovechar el elemento más abundante del universo.
¿Es el hidrógeno una solución prometedora de energía limpia?
A diferencia de los combustibles fósiles, el hidrógeno no se puede extraer ni recolectar y se necesita energía para producirlo. Dependiendo de cómo se produzca, la producción de hidrógeno puede ser limpia o provocar importantes emisiones de gases de efecto invernadero.
Es importante destacar que el hidrógeno no es una fuente de energía, sino un portador de energía. Por tanto, el hidrógeno es similar a las baterías en el sentido de que puede utilizarse para almacenar energía. La electricidad se puede utilizar en un electrolizador para producir hidrógeno a partir del agua, de forma similar a cargar una batería. Luego, el hidrógeno se puede utilizar en una pila de combustible de hidrógeno para producir electricidad y agua, de forma similar a descargar una batería.
¿Qué tipos de hidrógeno existen?
Debido a que la energía necesaria para producir hidrógeno puede provenir de muchas fuentes diferentes, los científicos utilizan un arco iris de colores para clasificar convenientemente el hidrógeno según su fuente de producción. Tanto el hidrógeno negro como el marrón provienen de la gasificación del carbón, un proceso que emite grandes cantidades de dióxido de carbono, lo que convierte a estos colores del hidrógeno en los menos deseables desde una perspectiva medioambiental. El hidrógeno gris se produce mediante reformado con vapor de metano. En este proceso, el vapor reacciona con metano a altas temperaturas para producir hidrógeno, pero también dióxido de carbono como subproducto. El hidrógeno negro, marrón y gris son componentes importantes de la industria de los combustibles fósiles y el hidrógeno producido se utiliza en el refinado de petróleo, en la producción de amoníaco y acero, y como materia prima química. El hidrógeno azul es una alternativa más limpia al hidrógeno gris, en el que el subproducto del dióxido de carbono se secuestra bajo tierra mediante la captura y almacenamiento de carbono (CAC). Sin embargo, debido a las ineficiencias asociadas con la CAC, todavía emite algo de dióxido de carbono.
En las últimas décadas, avances significativos en la tecnología de electrolizadores y la disminución de los costos de las energías renovables han abierto la viabilidad del hidrógeno verde. Los electrolizadores ahora pueden utilizar la electricidad de manera eficiente para dividir el agua en gases de hidrógeno y oxígeno. Si la electricidad utilizada para alimentar el electrolizador proviene de fuentes limpias y renovables como la solar y la eólica, entonces este método limpio de producción de hidrógeno se considera ecológico.
Aunque el sistema de colores facilita la comunicación científica sobre el impacto ambiental del hidrógeno de diferentes fuentes, es una simplificación excesiva. Por ejemplo, ni siquiera el hidrógeno verde es completamente «verde» porque esta etiqueta no considera los costos ambientales asociados con la producción y el transporte de los materiales necesarios para producir hidrógeno.
¿Qué tan lejos estamos en el desarrollo del hidrógeno verde?
El hidrógeno verde representa menos del 1% del hidrógeno producido a nivel mundial. En los Estados Unidos, la gran mayoría (95%) del hidrógeno producido es hidrógeno gris, que se produce a partir del reformado con vapor de metano.
La buena noticia es que ya tenemos todas las piezas técnicas básicas para la conversión al hidrógeno verde. La energía solar y la eólica proporcionan la electricidad necesaria para producir hidrógeno, y el electrolizador es una tecnología madura. También están bien desarrolladas las tecnologías que utilizan hidrógeno, como las pilas de combustible y los quemadores industriales. En otras palabras, la ciencia y la tecnología que lo sustentan están listas. La adopción generalizada del hidrógeno verde es ahora una cuestión de competitividad de costos, ampliación de la infraestructura y voluntad política concertada.
¿Cómo se puede utilizar el hidrógeno verde?
En la década de 2000, muchos investigadores creían que el hidrógeno verde serviría como principal portador de energía en la economía de las energías renovables. Pensábamos que el hidrógeno se utilizaría para alimentar automóviles y hogares y ayudaría a estabilizar nuestra red eléctrica, mientras que las baterías se consideraban demasiado caras y de nicho. Desde entonces ha habido una increíble serie de avances científicos y tecnológicos en baterías. Como resultado, el panorama del hidrógeno frente a las baterías ha cambiado por completo, y las baterías ahora dominan la parte de electrificación de la transición a las energías renovables. Sin embargo, el hidrógeno verde seguirá desempeñando un papel importante en la economía energética de sectores que son difíciles de electrificar, como el acero, el cemento, el vidrio, muchos productos químicos, el transporte marítimo y el transporte por carretera de larga distancia.
¿Qué gran diferencia podría suponer el hidrógeno verde en el cambio climático?
Reemplazar el hidrógeno gris por hidrógeno verde contribuirá en gran medida a descarbonizar los sectores mencionados anteriormente difíciles de electrificar. Si se aplica ampliamente, el hidrógeno verde podría representar hasta el 20% de la demanda total de energía para 2050, evitando miles de millones de toneladas de emisiones de carbono acumuladas. El hidrógeno verde es sólo una parte de una solución más amplia al cambio climático y debe combinarse con una amplia gama de otras tecnologías verdes.
¿Cuándo llegará el hidrógeno verde a la corriente principal y qué debe suceder primero?
El costo del hidrógeno verde tendría que reducirse a entre 4 y 6 dólares por kilogramo para competir con el hidrógeno menos limpio. La expansión continua de la capacidad solar y eólica reducirá los costos con la ampliación de los electrolizadores y la infraestructura de distribución. Además, el aumento de los precios del gas natural en determinadas regiones podría acelerar la adopción del hidrógeno verde, convirtiéndolo en una opción económicamente más atractiva. La mayoría de los pronosticadores estiman que el hidrógeno verde podría alcanzar entre el 10% y el 20% de la cartera mundial de mitigación de emisiones de carbono para mediados de la década de 2030 si se cumplen las consideraciones de costos, políticas e infraestructura.
