El hidrógeno está en boca de todos. La Unión Europea lo impulsa desde el Nuevo Pacto Verde y está contemplado en los Fondos Next Generation EU. También las hojas de ruta para los próximos años de las grandes empresas e instituciones públicas ya contemplan la inversión en este vector energético. Bajo este paraguas de popularidad y fondos económicos se presentan megaproyectos millonarios en infraestructura para producción, transporte y uso de hidrógeno. Pero, ¿cuáles son las oportunidades que ofrece y los errores que hay que evitar?
Javier Carroquino, socio fundador de Intergia y Director de Tecnología y Estrategia de la empresa, analiza la actualidad del hidrógeno y las posibilidades que se abren para su inclusión en el mercado energético, complementando a la electrificación, y proveniente de fuentes renovables.
Una de las líneas de investigación de Intergia es la acumulación de energía en hidrógeno, producido a partir de energía solar fotovoltaica. El proyecto LIFE REWIND, del cual Intergia es uno de los socios y que fue coordinado por Javier Carroquino, incluye un prototipo demostrativo de producción de hidrógeno solar, y su empleo en una hidrogenera para repostar un vehículo con pila de combustible.
La fiebre del hidrógeno
El hidrógeno se ha puesto de moda. Ha saltado a los medios de comunicación, a las redes sociales y está en boca de quienes quieren estar al tanto de las nuevas tecnologías. Las administraciones públicas hablan de invertir decenas de miles de millones. Ante esto, quienes llevamos años trabajando e investigando en este campo deberíamos alegrarnos. ¿O quizá no? Pues sí y no, porque estamos oyendo y leyendo muchas afirmaciones completamente erróneas. En algunos casos esos errores proceden de la ignorancia y, en otros, de intereses particulares muy alejados del interés general.
Primero, las malas noticias. Vamos a enfriar las expectativas.
Primer dato: lo primero que hay que dejar claro es que el hidrógeno no es una fuente de energía. En nuestro planeta no se encuentra libre, sino combinado en compuestos químicos, uno de ellos el agua. Para que nos sea útil hemos de obtenerlo, separándolo de los otros elementos con los que está combinado. Para ello ha de emplearse energía y, por supuesto, dinero.
Segundo dato: el hidrógeno es tan limpio como lo es la energía con que se produce. En función de ello se le asignan colores: negro, gris, azul y verde. Como era de esperar, la producción “sucia” de hidrógeno es barata. Por el contrario, la producción “limpia” es cara. Muy cara. El hidrógeno verde, el más caro, se produce por electrolisis del agua, con electricidad de origen renovable.
«El hidrógeno es tan limpio como lo es la energía con que se produce».
Tercer dato: si utilizamos el hidrógeno como vector energético, hemos de tener en cuenta los rendimientos del proceso de producción y de la posterior recuperación de la energía. Hablando de hidrógeno verde, del orden del 40% de la energía eléctrica empleada para producirlo se pierde en forma de calor. Si luego empleamos el hidrógeno para producir electricidad en una pila de combustible, nuevamente perdemos alrededor del 50% de la energía en forma de calor. En total, hemos perdido cerca del 70% de la energía por el camino. ¿Cuánto se hubiera perdido si hubiéramos cargado y descargado esa electricidad en una batería? No más del 15%.
Cuarto dato: el almacenamiento de hidrógeno es costoso en energía (más pérdidas) y en dinero. Si lo almacenamos comprimido, las presiones pueden llegar hasta 700 bar (la misma presión que hay a una profundidad de 7.000 m bajo el mar) y los compresores han de ser muy especiales. También lo son los depósitos para hidrógeno a esas altísimas presiones. La energía para la compresión introduce nuevas pérdidas, mayores del 10%. Si lo almacenamos licuado, las pérdidas pueden ser del orden del 30%. El almacenamiento en hidruros metálicos también tiene pérdidas y el proceso de carga y descarga es todo menos práctico.
Quinto dato: ¿Y si transportamos el hidrógeno en gaseoductos? El acero y otros componentes del gaseoducto no lo soportarían y resultarían gravemente dañados. Sí que puede mezclarse hasta un 15% aproximadamente con los gases actualmente transportados, de origen fósil y no renovable, pero en esa mezcla pierde su pureza y parte de su valor económico. Por otra parte, transportar electricidad es muchísimo más sencillo, eficiente y barato.
Sexto dato: ¿Y si utilizamos el hidrógeno en motores de combustión interna? Directamente, olvídelo. El rendimiento de los motores de combustión interna es bajísimo e imposible de mejorar debido al límite teórico del Ciclo de Carnot. Además, se producen emisiones contaminantes de óxido nitroso, dejando así el hidrógeno de ser un combustible limpio. El motor eléctrico obtiene rendimientos de hasta el 95%, pesa menos, se regula muchísimo mejor y entrega mucho más par motor al arranque. Por todo eso, va a convertir al motor térmico de combustión interna en una pieza de museo.
Séptimo dato: un sistema energético basado en el vector hidrógeno requeriría del orden del cuádruple de energía primaria que un sistema basado en el vector electricidad. No sería ni rentable ni ecológico.
Ahora vamos con la parte buena.
Primera oportunidad: Actualmente se producen grandes cantidades de hidrógeno para usos industriales no energéticos. Para la descarbonización de la economía, será necesario sustituir ese hidrógeno, actualmente negro o gris, por hidrógeno verde.
Segunda oportunidad: Convenientemente almacenado, la densidad energética del hidrógeno es mayor que la de las baterías actuales. Esto abre la ocasión para ser utilizado en algunas aplicaciones en movilidad, como la maquinaria pesada, los ferrocarriles, la navegación marítima y tal vez la aviación.
Tercera oportunidad: El hidrógeno puede jugar un papel en la enorme capacidad de almacenamiento que va a necesitar la red eléctrica moderna (smart-grid). Si se ubican juntas la producción mediante electrolizadores, el almacenamiento a media presión y la reversión mediante pilas de combustible, pese a los rendimientos no muy altos, las cifras económicas pueden llegar a salir. Así, en los puntos de la red y en los períodos en que hubiera exceso de energía o fuese más barata, se almacenaría en forma de hidrógeno, para devolverla cuando escasease o fuese más cara.
Cuarta oportunidad: la investigación en electrolizadores, almacenamiento y pilas de combustible. Investigación para que aumenten rendimientos y se reduzcan costes. No implantación masiva hasta que se alcancen mejoras que lo hagan razonable.
«Para la descarbonización de la economía, será necesario sustituir ese hidrógeno, actualmente negro o gris, por hidrógeno verde».
Conclusiones.
¿Va a haber avances en la tecnología del hidrógeno? Seguro que sí, pero lleva decenios investigándose con resultados limitados. Es mucho lo que tiene que mejorar para competir como vector energético con la electricidad, en la mayor parte de aplicaciones. El transporte de electricidad por cable es muchísimo más rentable que el del hidrógeno en cualquiera de sus formas. Para usos en movilidad, el hidrógeno sólo supera a las baterías en densidad energética, perdiendo en todo lo demás. Además, nuevas tecnologías de baterías ofrecen resultados, aún teóricos, muy prometedores.
Entonces ¿cuáles son las aplicaciones del hidrógeno donde sería razonables invertir? Desde luego, si queremos un sistema energético limpio y rentable, como vector energético generalizado no, y en inyectar hidrógeno en los gaseoductos tampoco. Es comprensible que las compañías petroleras y gasistas quieran replicar el esquema de negocio de producción y distribución que los hidrocarburos necesitan. Pero no es lógico que la enorme inversión para ello, con las incertidumbres asociadas, se pague con dinero público, cuando existen tecnologías alternativas mucho más adecuadas.
¿Dónde invertir? En maquinaria pesada, ferrocarriles y navegación marítima. También en las aplicaciones en que pueda aprovecharse el calor perdido en las conversiones. Pero, sobre todo, en sustituir al hidrógeno negro o gris para usos industriales y en acumulación de energía de origen renovable para estabilización de la red eléctrica. Y, por supuesto, en investigación básica.
Javier Carroquino
Doctor ingeniero
Máster en energías renovables y eficiencia energética
