Hidrógeno

El hidrógeno lo cambia todo. Tiene el potencial de transformar el planeta al suministrar y almacenar energía verde. Podría usarse para impulsar camiones, barcos y aviones, e incluso suministrar energía a ciudades. Pero para hacer realidad la revolución del hidrógeno, la humanidad debe superar varios retos técnicos y económicos. ¡Así que prepárate para viajar al nivel atómico y ver si el hidrógeno tiene lo que hace falta para cambiar el mundo!

Si abrieras un libro sobre el universo, encontrarías el hidrógeno en el primer capítulo. Eso es porque es uno de los elementos básicos del universo. Forma el 90 % de los átomos de las estrellas ^[1-4] y en la Tierra, el hidrógeno es uno de los componentes principales del agua, las plantas e incluso el ADN de todos los seres vivos ^[4-7].

También es un combustible extremadamente energético, por eso la NASA lo usa para impulsar cohetes de exploración espacial ^[8,9,10]. Está claro que el hidrógeno ya está llevando a la humanidad a nuevas alturas. ¡Y lo mejor de todo, no produce nada de CO₂!

Entonces, ¿por qué no es la principal opción energética del mundo? Bueno, no es tan simple.

Es difícil extraer hidrógeno de la Tierra en estado puro, aunque existen depósitos naturales ^[11-17]. Normalmente está unido a otros elementos para formar compuestos. Por ejemplo, al unirse con oxígeno, forma agua o H₂O. También puede unirse al carbono para formar gas fósil, también conocido como metano o CH₄.

Así que para obtener hidrógeno puro, hay que separarlo de los elementos con los que está unido. Cuando se extrae hidrógeno del agua, se libera oxígeno. Cuando se separa del gas fósil, se libera carbono. Así que lo bueno o malo que sea usar hidrógeno como combustible para el planeta depende de cómo se produzca.

Actualmente, hay tres formas principales de producir hidrógeno como combustible, clasificadas como gris, azul y verde: ^[18-21]

Hoy, la mayor parte se fabrica con combustibles fósiles ^[22-28] y el tipo más común es el hidrógeno gris, hecho a partir de gas fósil. Pero uses gas, carbón o petróleo, producir hidrógeno a partir de combustibles fósiles libera mucho CO₂ a la atmósfera ^{[19,26,27,28]}. Por desgracia, estas formas representan más del 99 % de toda la producción de hidrógeno ^[23,24,28]. ¡Ay!

¡De hecho, solo la producción de hidrógeno gris emite más CO₂ que Reino Unido y Australia juntos ^[28,29]!

En los últimos años, los avances en una tecnología conocida como captura y almacenamiento de carbono han permitido a las centrales atrapar sus emisiones de CO₂ y almacenarlas bajo tierra ^[30,31,32]. Cuando esto se combina con la producción de hidrógeno, el resultado se llama hidrógeno azul ^[33,34].

Pero aunque este método reduce las emisiones de CO₂, actualmente es propenso a sufrir fugas de metano (CH₄) ^[34-37] que puede ser más de 80 veces peor para la atmósfera durante un periodo de 20 años ^[38,39,40]. Un estudio incluso descubrió que, si se hace mal, el aumento de emisiones de CH₄ puede ser tan alto que sería mejor quemar combustibles fósiles desde el principio ^[35].

Lo que los científicos buscan de verdad, El Dorado de la energía limpia, se llama hidrógeno verde. Se produce a partir de agua en un proceso químico conocido como electrólisis: ^[41-45]

Imagina un gran depósito de agua, o H₂O. Para obtener el hidrógeno, primero tienes que romper sus enlaces con el oxígeno. Para lograrlo, usas electricidad para romper los enlaces de las moléculas de agua, produciendo el valioso gas hidrógeno. ¡Fácil!

Todo esto puede funcionar con energía renovable como la solar y la eólica, con emisiones casi nulas ^[41-45].

Este hidrógeno verde tiene el potencial de transformar el mundo ^{[21,28,43,44,45]}. Industrias como la producción petroquímica y la fabricación de acero ^[44-47] - que representan alrededor del 3,6 % y el 7,2 % de las emisiones globales ^[48] - están empezando a limpiarse usando hidrógeno verde en vez de combustibles fósiles. Algunos países están invirtiendo en él para descarbonizar la producción de amoníaco, un compuesto usado en fertilizantes, lo que recortaría otro 1-2 % de las emisiones globales ^{[44-46,49-53]}.

Los expertos también están investigando su uso en el sistema de transporte. Los coches son una prioridad baja por lo bien que funcionan los vehículos eléctricos, pero los camiones de larga distancia, el transporte marítimo internacional y los aviones de largo alcance tienen más prioridad. Como no pueden usar baterías pesadas para obtener energía, el hidrógeno verde es una alternativa ideal ^{[21,28,44,45,54]}.

En teoría (y siempre que se produzca de forma sostenible), la única emisión directa de usar hidrógeno como combustible es agua. ¡De hecho, esta agua se usa incluso en los transbordadores espaciales de la NASA, donde los astronautas llegan a beberla! ^[55,56]

Entonces, ¿cuál es el problema?

Bueno, si simplemente quemas hidrógeno, también puede hacer que el nitrógeno del aire reaccione y produzca óxidos de nitrógeno, que son contaminantes del aire dañinos ^[57-61].

Sigue siendo más limpio que quemar combustibles fósiles, pero la opción más limpia es no quemarlo en absoluto y usar una pila de combustible de hidrógeno, que convierte directamente la energía química del hidrógeno en electricidad ^[62-65]. ¡No solo es más eficiente, sino que produce cero emisiones de óxidos de nitrógeno y, por supuesto, cero CO₂! ^{[57-59,63-65]}

Suena bien, ¿no? Entonces, ¿por qué menos del 1 % del hidrógeno que se produce hoy es verde? ^[23,24,28] ¿Por qué no se apunta todo el mundo a esta versión ecológica?

Ahora mismo, el hidrógeno es caro y necesita mucha electricidad para producirse ^[66-69]. Si quisieras alimentar tu teléfono con hidrógeno verde en vez de cargarlo directamente con energía renovable, primero tendrías que convertir la electricidad de fuentes renovables en hidrógeno y luego usar una pila de combustible para volver a convertirlo en electricidad. ¡Al hacer esto, podrías perder hasta el 70 % de la energía que habrías recibido si hubieras cargado directamente tu teléfono con paneles solares desde el principio! ^[70,71,72]

Parece que el hidrógeno verde no da mucho por lo que cuesta. Entonces, ¿por qué debería usarlo la gente para alimentar sus casas y ciudades?

La respuesta está en una de las propiedades más potentes del hidrógeno… Su capacidad de almacenar grandes cantidades de energía para usarla más adelante.

Como los aerogeneradores necesitan viento y los paneles solares necesitan luz solar, el gas y el carbón a menudo tienen que entrar en acción en los días oscuros y sin viento para mantener la electricidad en marcha. Pero aquí va una idea más verde:

Alimentas las casas con energía renovable mediante una red inteligente y flexible, y construyes suficientes parques eólicos y solares para generar un excedente de energía. La energía sobrante puede dirigirse entonces a plantas de hidrógeno verde, donde se usa para producir hidrógeno. Ese hidrógeno puede almacenarse y usarse para generar electricidad cuando la solar y la eólica no puedan cubrir la demanda ^[73-76].

Y por si no fuera suficiente, el hidrógeno puede almacenarse en cantidades enormes bajo tierra durante largos periodos en antiguas minas, cavernas de sal o incluso yacimientos agotados de petróleo y gas ^[77-80]. Esto significa que puede usarse todo el año, incluso en los fríos meses de invierno.

Esto se llama almacenamiento interestacional y muchos países ya están invirtiendo en ello ^{[23,81,82,83]}. Algún día, incluso podría ayudar a eliminar la dependencia de los combustibles fósiles. Mejor aún, estas enormes reservas de hidrógeno dan a los países más independencia energética, haciéndolos menos dependientes de las importaciones de energía para que no tengan que depender de otros países para mantener las luces encendidas ^[84,85,86].

¿Pero no podrían hacer lo mismo las baterías?

No exactamente. La cantidad de baterías necesaria para almacenar semanas o meses de energía de reserva para una ciudad sería muchísimo, muchísimo más cara ^[87-90]. El hidrógeno, en cambio, puede ser muy barato de almacenar a gran escala y podría resolver este problema de almacenamiento de energía ^[91,92].

Entonces, ¿podría el hidrógeno ayudar a descarbonizar el planeta? Bueno, solo si es hidrógeno verde hecho con renovables ^[93], y solo si el coste es realista ^[66-69]. Para lograrlo hay que ampliar y actualizar las infraestructuras, y desplegar las energías renovables a gran escala.

¡Pero hay buenas noticias! La energía eólica y solar ya son más baratas que los combustibles fósiles ^[27,94-97]. Y gracias a los recientes avances tecnológicos en electrolizadores, el precio de producir hidrógeno verde también está bajando rápidamente ^[98-102].

Así que, siempre que la humanidad apoye esta tecnología emergente, el hidrógeno verde podría ser una de las estrellas brillantes que estábamos esperando.