Las puertas que abre el hidr¨®geno
Los combustibles sint¨¦ticos provenientes de las renovables se venden como complemento sin emisiones netas de la electricidad
Los hidrocarburos, las fuentes de energ¨ªa que han movido la industria global durante los pasados 100 a?os, son, en ¨²ltima instancia, una combinaci¨®n entre hidr¨®geno y carbono, dos de los elementos m¨¢s abundantes en la naturaleza. Combinar estos ¨²ltimos para volver a producir combustibles es una tecnolog¨ªa que existe desde hace casi un siglo, pero, salvo en tiempos de guerra, casi nunca ha valido la pena ni econ¨®micamente ni bajo criterios de eficiencia energ¨¦tica, habida cuenta de que, bajo tierra, hay suficientes hidrocarburos f¨®siles para satisfacer la demanda tanto de la industria como de l...
Los hidrocarburos, las fuentes de energ¨ªa que han movido la industria global durante los pasados 100 a?os, son, en ¨²ltima instancia, una combinaci¨®n entre hidr¨®geno y carbono, dos de los elementos m¨¢s abundantes en la naturaleza. Combinar estos ¨²ltimos para volver a producir combustibles es una tecnolog¨ªa que existe desde hace casi un siglo, pero, salvo en tiempos de guerra, casi nunca ha valido la pena ni econ¨®micamente ni bajo criterios de eficiencia energ¨¦tica, habida cuenta de que, bajo tierra, hay suficientes hidrocarburos f¨®siles para satisfacer la demanda tanto de la industria como de los ciudadanos de a pie. Pero ahora cada vez est¨¢ m¨¢s consolidada la idea de que, como civilizaci¨®n, no podemos permitirnos el expulsar m¨¢s carbono a la atm¨®sfera terrestre. Sumamos a eso el hecho de que hay aplicaciones donde la electricidad ¡ª?el pilar sobre el que se ha construido la revoluci¨®n de las renovables¡ª est¨¢ todav¨ªa lejos de poder suplir lo que ahora aportan los hidrocarburos y ya hay muchas empresas (y gobiernos) que est¨¢n considerando las posibilidades de los combustibles sint¨¦ticos hechos con electricidad (e hidr¨®geno) verdes.
¡°Hay muchas ¨¢reas donde la electricidad verde no siempre se puede usar¡±, comenta por videoconferencia Marc Gr¨¹newald, vicepresidente y director de desarrollo de negocio de nuevas energ¨ªas en MAN Energy Solutions, y enumera: ¡°Los sistemas de calefacci¨®n, la industria qu¨ªmica, la metalurgia¡±. No son los ¨²nicos. ¡°La descarbonizaci¨®n del transporte est¨¢ progresando y hay muchos modos de transporte que pueden cabalmente ser electrificados¡±, explica un informe de la Royal Society brit¨¢nica. ¡°Sin embargo, algunos modos de transporte, como veh¨ªculos pesados, aviones y barcos, necesitar¨¢n diferentes opciones tecnol¨®gicas. El coste, volumen y la densidad energ¨¦tica de los combustibles alternativos tienen una importancia cr¨ªtica¡±. ¡°Los combustibles sint¨¦ticos se podr¨ªan utilizar para reducir las emisiones no solo de aviones y barcos, sino tambi¨¦n de camiones y coches¡±, apunta por correo electr¨®nico Javier Ar¨ªztegui, gerente de dise?o de producto y sistemas energ¨¦ticos en el Repsol Technology Lab. ¡°Pueden ser un complemento para recorridos de larga distancia y un complemento a la electrificaci¨®n mientras se renueva el parque automovil¨ªstico y se desarrollan todas las infraestructuras necesarias para garantizar una red de recarga suficiente¡±.
Hist¨®ricamente, el hidr¨®geno se ha obtenido como un subproducto de la explotaci¨®n de los hidrocarburos, por lo que produce emisiones de di¨®xido de carbono. De hecho, las organizaciones ecologistas alertan de que la industria del gas natural se dispone a protegerse bajo el paraguas del hidr¨®geno para vender tecnolog¨ªas (conocidas como hidr¨®geno azul o hidr¨®geno turquesa) que extraen el elemento del gas natural y almacenan el CO? sobrante en dep¨®sitos cuya seguridad y utilidad, seg¨²n estas organizaciones, no est¨¢n garantizadas. ¡°La captura y almacenamiento de carbono no ayuda al clima, sino que se usa como una hoja de parra para preservar a largo plazo los modelos de negocio de combustibles f¨®siles¡±, apuntan desde la organizaci¨®n ecologista alemana Deutsche Umwelthilfe. Este mismo mi¨¦rcoles, 17 organizaciones ecologistas enviaron una carta a la Comisi¨®n Europea pidiendo dejar de fuera de los planes comunitarios cualquier hidr¨®geno de origen no renovable.
Bienvenida la electr¨®lisis
Como todo estudiante de secundaria ha visto en clase de qu¨ªmica, el hidr¨®geno tambi¨¦n es obtenible a trav¨¦s de electr¨®lisis, pasando electricidad a trav¨¦s del agua. Esto, sumado al uso de carbono extra¨ªdo directamente de la atm¨®sfera, permite producir por s¨ªntesis combustibles similares a los f¨®siles sin necesidad de nuevas emisiones. Y esto s¨ª es bienvenido. ¡°En vez de cargar a las generaciones futuras con el almacenamiento de di¨®xido de carbono y sus costes ecol¨®gicos y econ¨®micos asociados, solo el hidr¨®geno verde y los combustibles sint¨¦ticos basados en energ¨ªas renovables pueden contribuir a proteger el clima¡±, consideran en Deutsche Umwelthilfe.
El problema es que este proceso siempre va a ser menos eficiente que el uso de la electricidad pura y dura. ¡°Para producir un litro de e-combustible con una densidad energ¨¦tica de 9 kilovatios hora por litro hacen falta 20 kilovatios hora de energ¨ªa renovable¡±, explican por correo electr¨®nico desde Porsche. Esto obliga a buscar sitios donde la energ¨ªa renovable tiene escasos costes m¨¢s all¨¢ de la instalaci¨®n.
Y Porsche lo ha encontrado en un proyecto que tiene con Siemens a 30 kil¨®metros de la ciudad chilena de Punta Arenas, en las desoladas llanuras junto al estrecho de Magallanes. Ah¨ª no hay casi ¨¢rboles, no hay casi habitantes, pero hay agua y much¨ªsimo viento, justo lo necesario para establecer una planta de obtenci¨®n de hidr¨®geno verde y su reconstrucci¨®n en metanol y, luego (en un proceso patentado por la petrolera ExxonMobil), en carburante que pueden usar los veh¨ªculos.
El potencial de los combustibles sint¨¦ticos para funcionar en motores normales es uno de sus mayores atractivos. ¡°La ventaja principal de los combustibles sint¨¦ticos es que son qu¨ªmicamente iguales a los combustibles actuales¡±, explica Ar¨ªztegui. ¡°Por lo tanto, son totalmente compatibles con los motores de combusti¨®n sin necesidad de realizarles ninguna modificaci¨®n ni de desarrollar ning¨²n tipo de infraestructura adicional¡±. En gran parte del mundo se venden ya regularmente motores que funcionan con metanol, relativamente m¨¢s f¨¢cil de sintetizar. ¡°Son productos que pueden aprovechar la infraestructura existente¡±, explica Gr¨¹newald.
Y eso puede ser una soluci¨®n para uno de los principales problemas de las energ¨ªas renovables. El transporte de la electricidad verde necesita torres de transmisi¨®n y transformadores, que cuestan dinero, sobre todo cuando se trata de largas distancias. ¡°La producci¨®n de hidr¨®geno renovable y la de combustibles sint¨¦ticos es un modo de almacenar energ¨ªa y realizar su transporte de una manera sencilla¡±, explica Ar¨ªztegui. ¡°Gracias a ambos es posible aprovechar al m¨¢ximo la producci¨®n de energ¨ªa renovable y, por ejemplo, almacenar el excedente que se produce cuando la oferta supera la demanda. Adem¨¢s, de este modo se consiguen amortiguar los picos de oferta y demanda en el sistema el¨¦ctrico debidos al car¨¢cter intermitente de la generaci¨®n renovable¡±. ¡°En lo que a costes se refiere, el transporte es un porcentaje muy peque?o (entre un 2% y un 4%) de la cadena total de producci¨®n¡±, apuntan desde Porsche.
El problema fundamental para el desarrollo de los combustibles sint¨¦ticos es su coste. ¡°Ahora mismo son m¨¢s caros que los f¨®siles¡±, explica el informe de la Royal Society. ¡°Por ejemplo, alrededor de 4,50 euros el litro por el combustible ecol¨®gico equivalente al gas¨®leo y alrededor de un euro por litro por el biocombustible equivalente a la gasolina¡±. ¡°Los precios caer¨¢n conforme se acelere la producci¨®n¡±, explican desde Porsche. ¡°Ahora mismo, el coste sigue estando en 10 d¨®lares el litro. Con las cantidades adecuadas podr¨ªa llegar a ser de menos de 2 d¨®lares el litro en los pr¨®ximos 10 a?os¡±. Estas ¨²ltimas cifras siguen siendo mayores que el precio del combustible f¨®sil, y m¨¢s si la demanda de crudo empezase a caer.
No solo es acelerar en coste, sino igualar la velocidad en la que est¨¢ evolucionando el desarrollo de la tecnolog¨ªa por bater¨ªas, a pesar de que la densidad energ¨¦tica de estas contin¨²a a a?os luz de la que ofrece cualquier clase de hidrocarburo combustible. ¡°Son tecnolog¨ªas complementarias que cubren necesidades diferentes¡±, considera Ar¨ªztegui. ¡°Los veh¨ªculos el¨¦ctricos de bater¨ªa se ajustan bien a la descarbonizaci¨®n de la movilidad de los veh¨ªculos ligeros, pero tienen mayores dificultades en el caso de veh¨ªculos pesados, o los aviones y los barcos¡±.
La presencia de empresas alemanas en este mercado no es un accidente. El Gobierno federal germano ha apostado por el aprovechamiento del hidr¨®geno, con una inversi¨®n de 700 millones de euros entre 2006 y 2016, que se ha duplicado para los 10 a?os siguientes, sin contar los fondos para la investigaci¨®n. Y lo mismo ocurre con la Comisi¨®n Europea. ¡°En una primera fase, de entre 2020 y 2024, nuestro objetivo estrat¨¦gico es instalar al menos seis gigavatios de equipos de electr¨®lisis y producir al menos una tonelada de hidr¨®geno renovable¡±, explica la estrategia de la Comisi¨®n Europea. ¡°Estas plantas de electr¨®lisis estar¨¢n situadas junto a centros donde la demanda ya existe, en grandes refiner¨ªas, plantas sider¨²rgicas y complejos qu¨ªmicos¡±.
Uno de estos proyectos est¨¢ siendo dise?ado por Repsol para ponerse en marcha en la refiner¨ªa de Petronor en el valle del Barbad¨²n, a las afueras de Bilbao, con un coste de 80 millones de euros de inversi¨®n inicial. ¡°Nos permitir¨¢ probar esas tecnolog¨ªas a una escala cercana a la industrial y ajustar los procesos de producci¨®n para dar el salto a dicha escala industrial con las m¨¢ximas garant¨ªas¡±, explica Ar¨ªztegui.
Econom¨ªas de escala
Porque a estas alturas, muchas de las empresas ya conf¨ªan suficientemente en el potencial de la tecnolog¨ªa y lo ¨²nico que buscan es escala. ¡°Estamos en un punto en el que tenemos que empezar la fase industrial¡±, apunta Gr¨¹newald. ¡°Y para eso necesitamos apoyo y contratos. Pero no queremos depender de ayudas durante a?os¡±. ¡°Con la tecnolog¨ªa que tenemos y los costes que estimamos, hemos dibujado un camino potencial para desarrollar combustibles l¨ªquidos bajos en carbono para el transporte mar¨ªtimo, a¨¦reo y por carretera¡±, explicaba en 2020 Fuels4Europe, la patronal europea de los refinadores. ¡°Para llevar adelante ese camino har¨¢ falta una inversi¨®n de entre 400.000 y 650.000 millones de euros. Grandes inversiones, adem¨¢s de las que ya se est¨¢n desarrollando, pueden empezar en los pr¨®ximos a?os, con las plantas pioneras a escala industrial poni¨¦ndose en marcha potencialmente, como mucho, en 2025¡±.
La investigaci¨®n no solo implica precios m¨¢s bajos, sino tambi¨¦n m¨¢s investigaci¨®n, en un c¨ªrculo virtuoso. ¡°La innovaci¨®n en cada uno de los procesos tiene el potencial de reducir esos costes y escalar lo suficiente para desfosilizar las demandas del transporte presentes y futuras¡±, afirma el informe de la Royal Society. Por ejemplo, un experimento en la Universidad de Oxford abre la puerta a la producci¨®n de combustible de aviaci¨®n basado en hidr¨®geno obtenido de fuentes renovables y di¨®xido de carbono capturado de emisiones. ¡°Lo novedoso de nuestro avance es que nuestros catalizadores pueden convertir directamente el hidr¨®geno y el CO2 en hidrocarburos del nivel necesario para los combustibles de aviaci¨®n, de forma muy eficiente¡±, explica por correo electr¨®nico el responsable de la investigaci¨®n, Yao Benzhen.
Y a¨²n queda la c¨¦lula de combustible
La sintetizaci¨®n de hidrocarburos no es la ¨²nica forma de aprovechamiento del hidr¨®geno verde. De hecho, la tecnolog¨ªa que la mayor parte de la gente identifica con el hidr¨®geno es la de la pila de combustible, que utiliza hidr¨®geno licuado y ox¨ªgeno (del aire) para provocar una reacci¨®n qu¨ªmica que genere energ¨ªa el¨¦ctrica. En ese sentido, Toyota, una de las mayores firmas de autom¨®viles del planeta y que fue una de las pioneras en los veh¨ªculos h¨ªbridos, estren¨® a principios de a?o la segunda generaci¨®n de su veh¨ªculo Mirai (futuro, en japon¨¦s) con pila de combustible, como una muestra de su apoyo a la tecnolog¨ªa como forma de lograr la descarbonizaci¨®n total del transporte. Una de las novedades de la nueva versi¨®n es un tanque a base de resina capaz de resistir mejor las altas presiones (de hasta 70 megapascales, casi 700 veces la atm¨®sfera terrestre) que necesita el hidr¨®geno. La dificultad de gestionar el hidr¨®geno para su uso cotidiano sigue siendo la principal dificultad que tiene para su difusi¨®n como combustible para autom¨®viles. Si el desarrollo de la infraestructura el¨¦ctrica para la movilidad a¨²n est¨¢ en mantillas, la del hidr¨®geno pr¨¢cticamente no ha nacido: seg¨²n el Centro Nacional del Hidr¨®geno, solo hay seis hidrogeneras en el territorio espa?ol (y ninguna en Andaluc¨ªa o Catalu?a). Pero los autom¨®viles no son los ¨²nicos veh¨ªcu?los que apuestan por esta tecnolog¨ªa. Talgo anunci¨® a finales del a?o pasado que para 2023 podr¨¢ entrar en servicio comercial su tren Vittal-One, cuyo objetivo declarado es sustituir a los automotores a gas¨®leo en las rutas regionales y de cercan¨ªas. ¡°Permitir¨¢ aprovechar las l¨ªneas espa?olas no electrificadas, a la vez que reduce la huella de carbono¡±, dijo entonces su consejero delegado, Jos¨¦ Mar¨ªa Oriol. Las pilas de combustible tambi¨¦n est¨¢n a prueba en el puerto de Valencia, en una iniciativa que busca comprobar la viabilidad de maquinaria portuaria (gr¨²as y cabezas tractoras) alimentadas con hidr¨®geno.