Las puertas que abre el hidrógeno

Los hidrocarburos, las fuentes de energía que han movido la industria global durante los pasados 100 años, son, en última instancia, una combinación entre hidrógeno y carbono, dos de los elementos más abundantes en la naturaleza. Combinar estos últimos para volver a producir combustibles es una tecnología que existe desde hace casi un siglo, pero, salvo en tiempos de guerra, casi nunca ha valido la pena ni económicamente ni bajo criterios de eficiencia energética, habida cuenta de que, bajo tierra, hay suficientes hidrocarburos fósiles para satisfacer la demanda tanto de la industria como de l...

Los hidrocarburos, las fuentes de energía que han movido la industria global durante los pasados 100 años, son, en última instancia, una combinación entre hidrógeno y carbono, dos de los elementos más abundantes en la naturaleza. Combinar estos últimos para volver a producir combustibles es una tecnología que existe desde hace casi un siglo, pero, salvo en tiempos de guerra, casi nunca ha valido la pena ni económicamente ni bajo criterios de eficiencia energética, habida cuenta de que, bajo tierra, hay suficientes hidrocarburos fósiles para satisfacer la demanda tanto de la industria como de los ciudadanos de a pie. Pero ahora cada vez está más consolidada la idea de que, como civilización, no podemos permitirnos el expulsar más carbono a la atmósfera terrestre. Sumamos a eso el hecho de que hay aplicaciones donde la electricidad —­el pilar sobre el que se ha construido la revolución de las renovables— está todavía lejos de poder suplir lo que ahora aportan los hidrocarburos y ya hay muchas empresas (y gobiernos) que están considerando las posibilidades de los combustibles sintéticos hechos con electricidad (e hidrógeno) verdes.

“Hay muchas áreas donde la electricidad verde no siempre se puede usar”, comenta por videoconferencia Marc Grünewald, vicepresidente y director de desarrollo de negocio de nuevas energías en MAN Energy Solutions, y enumera: “Los sistemas de calefacción, la industria química, la metalurgia”. No son los únicos. “La descarbonización del transporte está progresando y hay muchos modos de transporte que pueden cabalmente ser electrificados”, explica un informe de la Royal Society británica. “Sin embargo, algunos modos de transporte, como vehículos pesados, aviones y barcos, necesitarán diferentes opciones tecnológicas. El coste, volumen y la densidad energética de los combustibles alternativos tienen una importancia crítica”. “Los combustibles sintéticos se podrían utilizar para reducir las emisiones no solo de aviones y barcos, sino también de camiones y coches”, apunta por correo electrónico Javier Aríztegui, gerente de diseño de producto y sistemas energéticos en el Repsol Technology Lab. “Pueden ser un complemento para recorridos de larga distancia y un complemento a la electrificación mientras se renueva el parque automovilístico y se desarrollan todas las infraestructuras necesarias para garantizar una red de recarga suficiente”.

Históricamente, el hidrógeno se ha obtenido como un subproducto de la explotación de los hidrocarburos, por lo que produce emisiones de dióxido de carbono. De hecho, las organizaciones ecologistas alertan de que la industria del gas natural se dispone a protegerse bajo el paraguas del hidrógeno para vender tecnologías (conocidas como hidrógeno azul o hidrógeno turquesa) que extraen el elemento del gas natural y almacenan el CO₂ sobrante en depósitos cuya seguridad y utilidad, según estas organizaciones, no están 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 fósiles”, apuntan desde la organización ecologista alemana Deutsche Umwelthilfe. Este mismo miércoles, 17 organizaciones ecologistas enviaron una carta a la Comisión Europea pidiendo dejar de fuera de los planes comunitarios cualquier hidrógeno de origen no renovable.

Bienvenida la electrólisis

Como todo estudiante de secundaria ha visto en clase de química, el hidrógeno también es obtenible a través de electrólisis, pasando electricidad a través del agua. Esto, sumado al uso de carbono extraído directamente de la atmósfera, permite producir por síntesis combustibles similares a los fósiles sin necesidad de nuevas emisiones. Y esto sí es bienvenido. “En vez de cargar a las generaciones futuras con el almacenamiento de dióxido de carbono y sus costes ecológicos y económicos asociados, solo el hidrógeno verde y los combustibles sintéticos basados en energías 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 energética de 9 kilovatios hora por litro hacen falta 20 kilovatios hora de energía renovable”, explican por correo electrónico desde Porsche. Esto obliga a buscar sitios donde la energía renovable tiene escasos costes más allá de la instalación.

Y Porsche lo ha encontrado en un proyecto que tiene con Siemens a 30 kilómetros de la ciudad chilena de Punta Arenas, en las desoladas llanuras junto al estrecho de Magallanes. Ahí no hay casi árboles, no hay casi habitantes, pero hay agua y muchísimo viento, justo lo necesario para establecer una planta de obtención de hidrógeno verde y su reconstrucción en metanol y, luego (en un proceso patentado por la petrolera ExxonMobil), en carburante que pueden usar los vehículos.

El potencial de los combustibles sintéticos para funcionar en motores normales es uno de sus mayores atractivos. “La ventaja principal de los combustibles sintéticos es que son químicamente iguales a los combustibles actuales”, explica Aríztegui. “Por lo tanto, son totalmente compatibles con los motores de combustión sin necesidad de realizarles ninguna modificación ni de desarrollar ningún tipo de infraestructura adicional”. En gran parte del mundo se venden ya regularmente motores que funcionan con metanol, relativamente más fácil de sintetizar. “Son productos que pueden aprovechar la infraestructura existente”, explica Grünewald.

Y eso puede ser una solución para uno de los principales problemas de las energías renovables. El transporte de la electricidad verde necesita torres de transmisión y transformadores, que cuestan dinero, sobre todo cuando se trata de largas distancias. “La producción de hidrógeno renovable y la de combustibles sintéticos es un modo de almacenar energía y realizar su transporte de una manera sencilla”, explica Aríztegui. “Gracias a ambos es posible aprovechar al máximo la producción de energía renovable y, por ejemplo, almacenar el excedente que se produce cuando la oferta supera la demanda. Además, de este modo se consiguen amortiguar los picos de oferta y demanda en el sistema eléctrico debidos al carácter intermitente de la generación renovable”. “En lo que a costes se refiere, el transporte es un porcentaje muy pequeño (entre un 2% y un 4%) de la cadena total de producción”, apuntan desde Porsche.

El problema fundamental para el desarrollo de los combustibles sintéticos es su coste. “Ahora mismo son más caros que los fósiles”, explica el informe de la Royal Society. “Por ejemplo, alrededor de 4,50 euros el litro por el combustible ecológico equivalente al gasóleo y alrededor de un euro por litro por el biocombustible equivalente a la gasolina”. “Los precios caerán conforme se acelere la producción”, explican desde Porsche. “Ahora mismo, el coste sigue estando en 10 dólares el litro. Con las cantidades adecuadas podría llegar a ser de menos de 2 dólares el litro en los próximos 10 años”. Estas últimas cifras siguen siendo mayores que el precio del combustible fósil, y más si la demanda de crudo empezase a caer.

No solo es acelerar en coste, sino igualar la velocidad en la que está evolucionando el desarrollo de la tecnología por baterías, a pesar de que la densidad energética de estas continúa a años luz de la que ofrece cualquier clase de hidrocarburo combustible. “Son tecnologías complementarias que cubren necesidades diferentes”, considera Aríztegui. “Los vehículos eléctricos de batería se ajustan bien a la descarbonización de la movilidad de los vehículos ligeros, pero tienen mayores dificultades en el caso de vehículos 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 hidrógeno, con una inversión de 700 millones de euros entre 2006 y 2016, que se ha duplicado para los 10 años siguientes, sin contar los fondos para la investigación. Y lo mismo ocurre con la Comisión Europea. “En una primera fase, de entre 2020 y 2024, nuestro objetivo estratégico es instalar al menos seis gigavatios de equipos de electrólisis y producir al menos una tonelada de hidrógeno renovable”, explica la estrategia de la Comisión Europea. “Estas plantas de electrólisis estarán situadas junto a centros donde la demanda ya existe, en grandes refinerías, plantas siderúrgicas y complejos químicos”.

Uno de estos proyectos está siendo diseñado por Repsol para ponerse en marcha en la refinería de Petronor en el valle del Barbadún, a las afueras de Bilbao, con un coste de 80 millones de euros de inversión inicial. “Nos permitirá probar esas tecnologías a una escala cercana a la industrial y ajustar los procesos de producción para dar el salto a dicha escala industrial con las máximas garantías”, explica Aríztegui.

Economías de escala

Porque a estas alturas, muchas de las empresas ya confían suficientemente en el potencial de la tecnología y lo único que buscan es escala. “Estamos en un punto en el que tenemos que empezar la fase industrial”, apunta Grünewald. “Y para eso necesitamos apoyo y contratos. Pero no queremos depender de ayudas durante años”. “Con la tecnología que tenemos y los costes que estimamos, hemos dibujado un camino potencial para desarrollar combustibles líquidos bajos en carbono para el transporte marítimo, aéreo y por carretera”, explicaba en 2020 Fuels4Europe, la patronal europea de los refinadores. “Para llevar adelante ese camino hará falta una inversión de entre 400.000 y 650.000 millones de euros. Grandes inversiones, además de las que ya se están desarrollando, pueden empezar en los próximos años, con las plantas pioneras a escala industrial poniéndose en marcha potencialmente, como mucho, en 2025”.

La investigación no solo implica precios más bajos, sino también más investigación, en un círculo virtuoso. “La innovación 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 producción de combustible de aviación basado en hidrógeno obtenido de fuentes renovables y dióxido de carbono capturado de emisiones. “Lo novedoso de nuestro avance es que nuestros catalizadores pueden convertir directamente el hidrógeno y el CO2 en hidrocarburos del nivel necesario para los combustibles de aviación, de forma muy eficiente”, explica por correo electrónico el responsable de la investigación, Yao Benzhen.