Formado únicamente por un protón y un electrón, el hidrógeno es el elemento químico más sencillo y antiguo de todo el universo. Y podría tener la llave para la urgente descarbonización que requiere la industria mundial, donde los combustibles fósiles ostentan un papel que debe disminuir si queremos alcanzar los objetivos climáticos propuestos. Su utilización en vehículos, un ámbito clave en términos ambientales, está en el horizonte. Tanto España como la Unión Europea se encuentran desarrollando ambiciosos planes para impulsar esta tecnología, aunque muchos expertos dudan que pueda desbancar a los coches de baterías debido, entre otras cosas, a su bajo rendimiento energético y su todavía excesivo coste de producción.  Texto: Pedro Mateos | Periodista científico

L a teoría del Big Bang dibuja un nacimiento del universo donde, en tan solo unos segundos y bajo una temperatura de diez mil millones de kelvin, se formó casi todo el hidrógeno que existe, además de helio y un tanto de litio. De hecho, la molécula más antigua del universo, denominada “HeH+”, es un híbrido entre hidrógeno y helio, los dos primeros elementos que integran la tabla periódica. Desde aquel momento, inmensas cantidades de hidrógeno salpican el espacio por todas partes, desde el corazón de las estrellas hasta la atmósfera de los planetas gaseosos, llegando a componer tres cuartas partes de toda la materia cósmica. Sin embargo, su carencia de neutrones le otorga una masa atómica insignificante: 1,00784; es tan ligero y volátil que la gravedad que ejerce nuestro planeta es incapaz de retenerlo, por lo que el poco hidrógeno que se produce de forma natural, como sucede en las expulsiones de gases volcánicos, se escapa rápidamente hacia el espacio exterior. Si quisiéramos salir a buscarlo, habría que viajar a Júpiter, la acumulación natural de hidrógeno más cercana a la Tierra.  

El hidrógeno, pues, no constituye una fuente de energía, ya que no lo podemos obtener directamente en su estado puro, sino que debe ser extraído de otros compuestos. La gran reserva de este elemento químico a nuestro alcance reside en los ríos, mares y océanos que pueblan nuestro planeta. Y es que, mientras que el hidrógeno gris y el hidrógeno azul se producen a partir de combustibles fósiles, como el gas natural (con emisión de CO2 ), la obtención del hidrógeno verde (o renovable) radica en la división, mediante electrólisis, de moléculas de agua. Este hidrógeno, cuya producción es inocua para el medioambiente, puede ser almacenado en una celda de combustible ubicada en un vehículo, que lo va transformando en electricidad a medida que este la necesita mediante una conversión que únicamente expele vapor de agua. Otra manera de utilizar el hidrógeno es cuando este es quemado en contacto con el aire, produciendo grandes cantidades de calor como energía con una mínima emisión de contaminantes. 

El combustible más ecológico

El principal argumento que convierte al hidrógeno verde en un combustible a tener en consideración para el futuro es su nula emisión de gases contaminantes a la atmósfera. “Estamos hablando de cero emisiones. La pila de combustible, equivalente al motor, transforma el hidrógeno almacenado a bordo y con el oxígeno presente en el aire se genera electricidad. Es una conversión electroquímica, no una combustión como ocurre con los motores de diésel o gasolina, lo que ofrece mayores rendimientos ecológicos”, explica Carlos Merino, responsable de la Unidad de Simulación y Control en el Centro Nacional del Hidrógeno. Actualmente, la mayor parte del hidrógeno comercial se obtiene a partir de gas natural o metano. La inclusión del hidrógeno renovable es, según Carlos Merino, “una de las palancas para conseguir esa neutralidad de emisiones que se persigue”. “El hidrógeno, a diferencia de los motores eléctricos (de baterías), permite una mayor integración de energía renovable en la industria del transporte, gracias a su enorme capacidad de almacenamiento de energía”, añade. Otra gran ventaja reside en el hecho de que, mientras los coches eléctricos necesitan varias horas para ser recargados, el hidrógeno verde permite una alta velocidad de repostaje, similar a la que ofrecen los combustibles tradicionales, además de una muy alta autonomía. “Hablamos de unos 5 o 7 minutos de recarga. Además, ofrece un gran grado de alcance, ya que otorga rangos de unos 600 o 700 kilómetros por cada repostaje, situándolo en una situación muy favorable para el uso”, detalla Carlos Merino. 

El hidrógeno es, por encima de todo, un buen conservador de energía. “Podemos almacenar energía en forma de hidrógeno durante mucho tiempo, como, por ejemplo, de verano a invierno, y en cantidades ingentes, en orden de teravatios-hora, cifras que serían inimaginables en una batería”, explica Miguel Antonio Peña, investigador del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC). “El uso de hidrógeno en vehículos es algo adicional a lo que es toda la tecnología de hidrógeno, que engloba más aplicaciones en numerosos campos como la industria (especialmente la petroquímica), la producción de fertilizantes y la elaboración de metanol, entre otras”, añade el investigador. 

Una de las claves para allanar el camino en clave hidrógeno es reducir el coste de producción de energías renovables, sobre todo de los componentes para producir y usar hidrógeno. “Se ha avanzado en este asunto desde los años 90, en una tendencia que se ha visto acompasada con las demandas de hidrógeno, más barato y más limpio. Desde el inicio de este siglo, la tecnología ha mejorado mucho, sobre todo en la durabilidad de los sistemas y en la inversión para implementar electrolizadores, pilas de combustible…”, relata Miguel Antonio Peña. “El informe de McKinsey & Company (2020) hizo previsiones sobre cómo va a bajar el precio del hidrógeno verde durante las próximas décadas en función de la demanda, las instalaciones… comparado con cómo va a subir el precio del hidrógeno gris debido únicamente a las emisiones de CO2 ”. Y este prevé que, en el año 2030, en España será más barato el verde que el gris. Además, dado que el origen de este vector energético son fuentes renovables, países como España podrían aprovechar su favorable situación climática para generar grandes cantidades de electricidad, no solo con la finalidad de autoabastecerse sino también para exportar al norte de Europa, generando una “gran oportunidad para desarrollar considerablemente el tejido industrial nacional”, agrega. 

Obstáculos sustanciales

Las desventajas que rodean al hidrógeno como combustible a gran escala no tienen tan poco peso como su núcleo atómico. Estamos ante un elemento que, para empezar, puede llegar a ser muy peligroso debido a su alta inflamabilidad, una característica que retrotrae a un famoso acontecimiento histórico. En 1937, el zepelín Hindenburg de la Alemania nazi, propulsado por hidrógeno, estalló en llamas en el cielo de Nueva Jersey en medio de una tormenta eléctrica, en un suceso que acabó con la vida de 36 personas que iban a bordo. Desde aquel momento, aunque investigaciones posteriores lo exculpan del estallido, el hidrógeno adquirió una mala reputación y fue sustituido por helio a la hora de abastecer estos vehículos. 

A pesar de que el hidrógeno constituye el mejor combustible con diferencia a nivel de densidad energética por kilo, superando en este aspecto con creces las prestaciones de la gasolina, el petróleo y el gas natural, lo cierto es que posee muy poca densidad energética en términos de volumen, donde su rendimiento es verdaderamente pobre. Para paliar con esta desventaja, existen diferentes fórmulas: “Hasta ahora, la más utilizada ha sido comprimir el hidrógeno para almacenarlo, lo cual genera pérdidas energéticas. Otra forma es licuarlo, enfriándolo a temperaturas de 253 ºC bajo cero, pero se consume mucha más energía al mantenerlo líquido”, explica Miguel Antonio Peña. Una opción adicional la conformarían los hidruros metálicos, aleaciones de metales con hidrógeno, que forman un compuesto sólido capaz de almacenar este combustible, pero son muy caros y pesados, por lo que su utilización no es rentable a gran escala. 

En la actualidad, se está planteando otra forma de hacerlo, sobre todo enfocada al uso del hidrógeno para largas distancias: el uso de amoniaco, que se obtiene haciendo reaccionar hidrógeno con el nitrógeno del aire. “El amoniaco es muy fácil de transportar y su eficiencia al hacerlo líquido es enorme”, indica Miguel Antonio Peña. “En el lugar donde se va a utilizar, se lleva a cabo la reacción contraria, descomponiendo el amoniaco en hidrógeno y nitrógeno de nuevo”. Otra posibilidad, aunque más controvertida a nivel medioambiental, sería almacenar hidrógeno en el subsuelo, en grandes bolsas o cavernas a presión, algo que ya ocurre con el gas natural. Por otro lado, un problema derivado de la composición del hidrógeno es que, al ser una molécula tan pequeña, es muy propenso a filtrarse y ocasionar fugas en los tanques donde se almacena, por lo que se necesitan materiales de revestimiento especializados muy resistentes para contenerlo de un modo adecuado. 

Otra gran problemática del hidrógeno como combustible masivo es la gran cantidad de energía que se pierde en todo el proceso involucrado en su obtención, transporte y almacenamiento. La electrólisis posee una eficiencia media de entorno al 80 %; una vez generado, la compresión y enfriamiento le resta aún más rendimiento, circunstancia que se incrementa cuando la célula de combustible envía el hidrógeno al motor trifásico del vehículo. “De cada 100 electrones que salen de la turbina eólica o de la placa fotovoltaica, apenas 30 llegan a la rueda”, calcula Emilio de las Heras, ingeniero naval y experto en energía y cambio climático. “Para alimentar una flota de aproximadamente dos mil quinientos millones de coches, que habrá en 2040, a base de hidrógeno electrolítico, se necesitará el doble o el triple de instalaciones renovables para producir la electricidad necesaria. Esto, para la sociedad, es insostenible”, declara. En el caso de los coches eléctricos de batería, en contrapartida, el rendimiento oscila entre el 75 y el 80 %. 

“El hidrógeno solo tendrá un futuro brillante allá donde no sea posible la electrificación”, augura Emilio de las Heras. Por ejemplo, esta tecnología podría ser útil para las personas sin garaje propio que no pueden cargar sus baterías eléctricas en la calle, aunque hará falta la creación de una gran red de hidrogeneras para sostener este sistema; a día de hoy, únicamente hay 2 en España. “La gran mayoría del transporte marítimo será alimentado por hidrógeno, ya que no hay manera de hacer llegar la electricidad en trayectos largos”, explica. El hidrógeno, a su vez, podrá tener una oportunidad en el transporte pesado por carretera, siempre y cuando existan suficientes estaciones de servicio en los principales puertos del país.  

Descarbonizar la economía

Una de las responsabilidades más importantes que tiene la humanidad con respecto al planeta estriba en reducir el  uso de combustibles no renovables en beneficio de alternativas más ecológicas. En esta dirección, durante las últimas décadas, numerosos países han puesto en marcha planes para impulsar al hidrógeno renovable, invirtiendo grandes cantidades de dinero en su desarrollo al considerarlo uno de los principales ejes en materia de medioambiente para las próximas décadas. “El hidrógeno verde se posiciona como una opción prometedora frente al uso de combustibles fósiles, que no tienen cabida en la energía del futuro”, dice Adrián Fernández Carrasco, Coordinador de Movilidad en Greenpeace España. 

Con las vistas puestas en 2030, la Unión Europea ha lanzado una estrategia para descarbonizar los sectores energéticos, teniendo como objetivo instalar 40 gigavatios de electrolizadores y diez millones de toneladas de hidrógeno renovable en el territorio comunitario. España, por su parte, cuenta con su propia hoja de ruta del hidrógeno, alineada con la Estrategia Europea del Hidrógeno, con la que pretende conseguir, en dos décadas, 4 GW de potencia y diferentes hitos energéticos en el marco de unas inversiones públicas que podrían alcanzar los 8.900 millones de euros, con la mirada puesta en un sistema eléctrico 100 % renovable para no más tarde de 2050. 

La mayoría de energéticas españolas se ha subido al tren del hidrógeno verde. Repsol, con su proyecto SHYNE (Spanish Hydrogen Network), ha invertido 3.230 millones de euros con la meta de alcanzar una capacidad instalada de 500 MW en 2025 y de 2 GW en 2030. Iberdrola, por su parte, ha presentado el Clúster de Hidrógeno Verde Puerta de Europa, que integrará hasta 600 MW de electrolizadores. Otras compañías eléctricas como Naturgy, Enagal o Enel también han puesto en funcionamiento iniciativas en línea con la transición energética que, a manos del hidrógeno renovable, cerrará paulatinamente las puertas de la industria al carbón y creará nuevos modelos de negocio disponibles. 

En nuestro país ya se han podido observar coches a celda de combustible de hidrógeno, como el Toyota Mirai y el Hyundai Nexo, aunque la oferta se espera que sea incrementada cuantiosamente durante los próximos años. Asimismo, la red de transporte de Barcelona ya dispone de un autobús de pila de hidrógeno, que se abastecerá de la primera planta de hidrógeno de uso público en España, la instalación de Iberdrola en la Zona Franca; mientras tanto, la empresa Alsa ha estrenado uno en Madrid que operará en una línea regular. 

“Hay una progresión cada vez más creciente de la implantación de energías renovables que nos va a traer una serie de excedentes de producción en determinados tramos horarios. El principal destino de estos excedentes podría estar en la obtención de ese hidrógeno verde”, comenta Adrián Fernández. “Desde Greenpeace, consideramos que habría que hacer una jerarquización y priorizar el uso de hidrógeno verde para aquellos usos que no admitan una electrificación directa, como puede ser el transporte pesado por carretera o el marítimo, que es lo que más difícil tiene la transición a eléctrico de batería. Si se plantea para todo el transporte, también para automoción a hidrógeno, las cifras no dan y estaríamos ampliando la dependencia a los combustibles fósiles de cara a un futuro”. 

A día de hoy, el transporte depende en más de un 95 % de combustibles fósiles, por lo que el desafío es mayúsculo. No obstante, de acuerdo con Greenpeace, debe vigilarse el riesgo de generar una burbuja de hidrógeno, pues no deben descuidarse otras patas necesarias para lograr la tan deseada transición energética. “Desde luego, la actuación no se puede limitar a coger todo lo que hay y pasarlo a cero emisiones con el mismo escenario y la misma cantidad de desplazamientos porque simplemente no salen las cifras, independientemente de que se utilicen tecnologías de baterías, de hidrógeno o de biocombustibles”, concluye Adrián Fernández. Para otros, como Vaclav Smil, científico y miembro de la Real Sociedad Canadiense, considerado uno de los mayores expertos mundiales en el campo de la energía, todo esto es “tan solo un cuento de hadas”. “No existe producción comercial de hidrógeno verde, todo forma parte del típico grandioso europlanning”, apunta. “Llámenme cuando haya al menos unas pocas plantas comerciales de hidrógeno verde produciendo millones de toneladas del gas”.