El hidrógeno verde tiene muchos usos posibles
Bernat Armangue/Associated Press/Alamy
El hidrógeno, el elemento más abundante, desprende energía cuando se combina con oxígeno y el único subproducto es el agua. Es por eso que los políticos lo han promocionado como la navaja suiza del cambio climático, capaz de impulsar una enorme variedad de vehículos y procesos industriales que actualmente funcionan con combustibles fósiles.
Sin embargo, el 99 por ciento del suministro actual de hidrógeno es hidrógeno “gris”, producido al descomponer el metano o el gas de carbón, un proceso que libera dióxido de carbono. Para alcanzar emisiones netas cero, muchos países planean depender del hidrógeno “azul”, donde este CO2 se capturaría en la chimenea y se inyectaría bajo tierra, o del hidrógeno “verde”, que se produce dividiendo el agua con electricidad renovable.
El hidrógeno verde es “una apuesta importante que los países occidentales deberían hacer” para competir con China en tecnologías limpias, dijo el jefe de las Naciones Unidas, Antonio Guterres, en una conferencia el 3 de diciembre.
El problema es que el hidrógeno con bajas emisiones de carbono es al menos el doble de caro que el hidrógeno gris. Incrementar la producción para que sea más barata requerirá subsidios gubernamentales. Mientras lugares como la Unión Europea apoyan la industria, el presidente Donald Trump ha comenzado a cancelar los centros de hidrógeno con bajas emisiones de carbono previstos en el marco de un programa de 7.000 millones de dólares en Estados Unidos.
Debido a estos vientos en contra, la firma de analistas BloombergNEF ha reducido a la mitad su pronóstico de producción de hidrógeno bajo en carbono a solo 5,5 millones de toneladas para 2030, aproximadamente el 5 por ciento del consumo actual de hidrógeno gris. Dado que el suministro es limitado, los gobiernos y las empresas deberían centrarse únicamente en aquellos usos limpios del hidrógeno que tengan más sentido para el clima y la economía, dicen los expertos.
“El hidrógeno puede hacerlo prácticamente todo, pero eso no significa que deba hacerlo”, dice Russell McKenna de ETH Zurich en Suiza.
En un estudio reciente, McKenna y sus colegas analizaron el CO2 que tendría que emitirse para producir y transportar hidrógeno con bajas emisiones de carbono en 2.000 proyectos planificados en todo el mundo, comparándolo con las emisiones de CO2 que este hidrógeno podría desplazar. Descubrieron que el hidrógeno podría tener el mayor impacto climático positivo en las industrias del acero, los biocombustibles y el amoníaco.
Por otro lado, el uso de hidrógeno para el transporte por carretera, la generación de energía y la calefacción doméstica no reduciría tanto las emisiones.
Acero
En un alto horno, el coque elaborado a partir de carbón no sólo proporciona calor para fundir el mineral de óxido de hierro, sino también carbono para una reacción que elimina el oxígeno de ese mineral. Por lo tanto, no basta con calentar el metal con electricidad renovable. Se necesita algo que sustituya al carbono en la reacción, algo que el hidrógeno puede hacer, emitiendo agua en lugar de CO2.
“La tecnología que tenemos hoy que funcionará para producir hierro a escala industrial completa a partir de mineral de hierro sin producir CO2, esa tecnología es hidrógeno”, dice David Dye del Imperial College de Londres. “Cualquier otra cosa requiere que inventes muchas tecnologías futuras”.
Stegra, una nueva empresa de acero verde, está construyendo una instalación en el norte de Suecia que planea producir acero con un horno de arco eléctrico e hidrógeno verde producido a partir de agua de río en el sitio para fines de 2026, convirtiéndose en la primera planta de acero libre de carbono. También hay proyectos en marcha en otros lugares de Europa, Asia y América del Norte.
Pero debe haber electricidad renovable barata disponible para producir hidrógeno verde y alimentar los hornos de arco. ArcelorMittal, una corporación multinacional siderúrgica, rechazó este año 1.300 millones de euros en subsidios para convertir dos plantas siderúrgicas en Alemania a hidrógeno porque dijo que los precios de la electricidad eran demasiado altos.
Amoníaco
Para crecer, las plantas necesitan nitrógeno en forma de nitratos, pero el suelo contiene una cantidad limitada. Sin embargo, a principios del siglo XX, los químicos Fritz Haber y Carl Bosch desarrollaron un proceso para hacer que el nitrógeno que abunda en el aire reaccionara con el hidrógeno para producir amoníaco, que puede convertirse en una variedad de fertilizantes.
Esto permitió una revolución en la agricultura y un auge en la población mundial, y hoy en día el hidrógeno se consume en gran medida para la producción de amoníaco, así como para la refinación de petróleo. Alrededor del 70 por ciento de todo el amoníaco se destina a fertilizantes, mientras que el resto ayuda a fabricar plásticos, explosivos y otros productos químicos.
“No podemos electrificar eso… porque es una reacción química que necesita este aporte”, dice McKenna. “Así que necesitamos hidrógeno, pero es necesario que sea hidrógeno descarbonizado”.
Países como Arabia Saudita han comenzado a construir fábricas para producir cientos de miles de toneladas de amoníaco verde con energía solar y eólica, principalmente para exportación. Mientras tanto, las empresas emergentes han estado desarrollando pequeñas plantas modulares que producen hidrógeno verde y amoníaco en granjas de Estados Unidos. Pero por ahora, todos estos enfoques dependen de la inversión gubernamental o de créditos fiscales.
Combustibles alternativos
El amoníaco también se puede quemar en un motor. Mientras que los automóviles y muchos camiones pueden funcionar eficientemente con electricidad, el transporte de larga distancia, como camiones pesados, barcos y aviones, puede tener dificultades para transportar y recargar baterías. Es probable que el hidrógeno sea crucial para fabricar combustibles bajos en carbono para este sector.
El estudio de McKenna y su equipo encontró que la producción de aceite vegetal hidrotratado era uno de los usos más impactantes del hidrógeno. Esto implica tratar el aceite de cocina usado con hidrógeno para descomponer las grasas en hidrocarburos que puedan quemarse.
Tanto el amoníaco como el aceite vegetal hidrotratado se están considerando como sustitutos del fueloil pesado en el transporte marítimo, que representa el 3 por ciento de las emisiones globales. La aviación, con una huella de carbono similar, también podría cambiar al amoníaco.
Pero el hidrógeno también podría utilizarse para fabricar combustible de aviación sintético, que hoy en día podría utilizarse en cualquier avión, ya que es casi idéntico al combustible de queroseno, sólo que se produce sin petróleo.
A más largo plazo, investigadores de instituciones como la Universidad de Cranfield en el Reino Unido están diseñando aviones con tanques ultrarresistentes para contener hidrógeno comprimido. Si bien el hidrógeno o el amoníaco producen contaminación por óxido de nitrógeno cuando se queman, pueden combinarse con oxígeno en una celda de combustible para producir electricidad y agua. Los aviones de pila de combustible son el objetivo final, afirma Phil Longhurst de la Universidad de Cranfield.
“El hidrógeno es el combustible más limpio y con menos emisiones de carbono que podemos conseguir”, afirma, “así que es una especie de Santo Grial”.
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