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Cambio Climático

Una energía solar más barata da alas al hidrógeno limpio

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La producción de hidrógeno a partir de agua ha sido tradicionalmente un proceso caro, en buena parte porque requiere mucha electricidad. Pero si el precio de la energía solar y eólica continúa bajando, el hidrógeno puede alzarse como una alternativa para que los países alcancen sus objetivos climáticos

  • por James Temple | traducido por Ana Milutinovic
  • 13 Agosto, 2020

El mundo apuesta cada vez más por utilizar el hidrógeno verde como combustible para completar algunas de las piezas críticas que faltan en el rompecabezas de la energía limpia.

En esta línea, el plan climático del candidato presidencial estadounidense Joe Biden plantea un programa de investigación para producir gas de forma limpia que sea lo suficientemente barata para alimentar las centrales eléctricas dentro de una década. Mientras tanto, Japón, Corea del Sur, Australia, Nueva Zelanda y la Unión Europea han publicado hojas de ruta de hidrógeno que dependen de él para acelerar las reducciones de gases de efecto invernadero en los sectores de energía, transporte o industria. Mientras tanto, un creciente número de empresas en todo el mundo están construyendo plantas de hidrógeno verde cada vez más grandes o explorando su potencial para producir acero, crear combustible neutro en carbono para el campo de la aviación o proporcionar una fuente de energía de respaldo para las granjas de servidores.

La atracción es obvia: el hidrógeno, el elemento más abundante en el universo, podría alimentar nuestros vehículos, nuestras centrales eléctricas y proporcionar una forma de almacenar energía renovable sin emitir el dióxido de carbono que provoca el cambio climático u otros contaminantes (su único subproducto en coches y camiones es agua). Sin embargo, aunque los investigadores han pregonado durante décadas la promesa de una "economía del hidrógeno", apenas ha hecho mella en la demanda de combustibles fósiles, y casi todo se produce aún a través de un proceso de emisión de carbono que incluye el gas natural.

La gran idea de la economía del hidrógeno se ha frenado por los altos costes de crear una versión limpia, por las enormes inversiones en vehículos, máquinas y tuberías que podrían ser necesarias para ponerlo en uso, y por el progreso de las alternativas de almacenamiento de energía como las baterías.

Entonces, ¿qué está impulsando este renovado interés?

Por un lado, la economía está cambiando rápidamente. Podemos producir hidrógeno directamente dividiendo el agua, en un proceso conocido como electrólisis, pero ha sido demasiado costoso en gran parte porque requiere mucha electricidad. Sin embargo, a medida que el precio de la energía solar y eólica continúa bajando rápidamente, esta idea empieza a parecer mucho más factible.

Al mismo tiempo, mientras que los países realizan los complicados cálculos sobre cómo lograr sus ambiciosos objetivos de emisiones en las próximas décadas, una forma verde de hidrógeno parece cada vez más crucial, según afirma el director del programa de Transporte con Energía Sostenible de la Universidad de California, Davis (EE. UU.), Joan Ogden. Se trata de una herramienta flexible que podría ayudar a limpiar varios sectores en los que todavía no tenemos soluciones asequibles y listas, como la aviación, el transporte marítimo, la producción de fertilizantes y el almacenamiento de energía de larga duración para la red eléctrica.

Caída de los precios de las energías renovables

No obstante, por ahora, el hidrógeno limpio es demasiado caro en la mayoría de los casos. Un reciente estudio descubrió que depender de la energía solar para hacer funcionar los electrolizadores que dividen el agua puede funcionar a un nivel seis veces más alto que el proceso de gas natural, conocido como reformado de metano con vapor. 

Hay muchos expertos en energía que sostienen que los costes adicionales y la complejidad de producir, almacenar y usar una versión limpia significan que nunca despegará más allá de los casos de uso marginal.

Pero la buena noticia es que la electricidad en sí representa una gran parte del coste (por encima del 60 % o más) y, de nuevo, los precios de las energías renovables están cayendo rápidamente. Mientras tanto, se proyecta que los costes de los electrolizadores en sí disminuyan abruptamente a medida que los fabricantes aumentan la producción y varios grupos de investigación desarrollan versiones avanzadas de la tecnología.

Un artículo publicado en Nature Energy a principios del año pasado encontró que si siguieran estas tendencias del mercado, el hidrógeno verde podría ser económicamente competitivo a escala industrial dentro de una década. De manera similar, la Agencia Internacional de Energía proyecta que el coste del hidrógeno limpio caerá un 30 % hasta 2030.

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Foto: Planta de hidrógeno verde H2FUTURE de Voestalpine en Linz, Austria. Créditos: VOESTALPINE

Es posible que el hidrógeno verde ya sea casi asequible en algunos lugares donde los períodos de exceso de generación renovable reducen los costes de la electricidad a casi cero. En una investigación del mes pasado, analistas de Morgan Stanley escribieron que la ubicación de las instalaciones de hidrógeno verde junto a los principales parques eólicos en el Medio Oeste de EE. UU. y Texas podría hacer que el coste del combustible sea competitivo en dos años.

Un estudio de junio del Laboratorio Nacional de Energía Renovable de EE. UU. reveló que el hidrógeno podría ser la tecnología más asequible para el almacenamiento de larga duración en la red cerca de mediados del siglo. Pero a medida que las energías renovables fluctuantes como la solar y la eólica se conviertan en la fuente dominante de electricidad, las empresas de servicios públicos deberán almacenar suficiente energía para mantener la red funcionando de manera fiable no solo durante unas pocas horas, sino durante días e incluso semanas en ciertos meses cuando esos recursos se debilitan.

El hidrógeno destaca en ese escenario en comparación con otras tecnologías de almacenamiento, porque añadir capacidad es relativamente barato, según el principal ingeniero de investigación en el laboratorio y coautor del estudio, Joshua Eichman. Para aumentar la cantidad de tiempo que las baterías pueden proporcionar electricidad de manera confiable, hay que acumular cada vez más, multiplicando el coste de cada componente dentro de ellas. Con el hidrógeno, solo hace falta construir un depósito más grande o usar una caverna subterránea más profunda, explica.

Poner el hidrógeno en uso

Para que el hidrógeno reemplace por completo a los combustibles que emiten carbono, deberíamos reformar nuestra infraestructura para distribuirlo, almacenarlo y usarlo. Tendríamos que producir vehículos y barcos con pilas de combustible que conviertan el hidrógeno en electricidad, así como estaciones de servicio a lo largo de los puertos y carreteras. Y necesitaríamos amontonar las pilas de combustible y construir y modernizar las centrales eléctricas para usar el combustible para alimentar la red directamente.

Todo ello requerirá mucho tiempo y dinero.

Pero hay otro escenario que evita o al menos retrasa gran parte de esta reforma de la infraestructura. Si existe hidrógeno, es relativamente sencillo combinarlo con monóxido de carbono para producir versiones sintéticas de los combustibles que ya alimentan nuestros coches, camiones, barcos y aviones. El proceso industrial para llevarlo a cabo existe desde hace un siglo y ha sido utilizado en varias ocasiones por países con escasez de petróleo para producir combustibles a partir del carbón o del gas natural.

Planta piloto de captura directa de aire

Foto: Planta piloto de Carbon Engineering en Squamish, Columbia Británica (Canadá). Créditos: Carbon Engineering

Carbon Engineering, con sede en Squamish, Columbia Británica (Canadá), está desarrollando instalaciones que capturan dióxido de carbono del aire. La empresa planea combinarlo con hidrógeno libre de carbono para fabricar combustibles sintéticos. La idea consiste en que el combustible sea neutro en carbono y no emita más dióxido de carbono del que se eliminó o produjo en el proceso.

En su presentación en la conferencia del Codex a finales del año pasado, el fundador de Carbon Engineering y profesor en la Universidad de Harvard (EE. UU.), David Keith, afirmó que la caída de los precios de la energía solar debería permitirles llevar el "aire/combustible" al mercado por alrededor de 1 dólar (0,85 euros) el litro a mediados de la década de 2020, y que el precio seguirá cayendo a partir de ese momento.

"La gran noticia es que esto se podría realizar con un hardware básico dentro de poco", resalta, y añade: "Creo que es posible llegar a casi un millón de barriles al día de capacidad de hidrocarburos sintéticos de aire/combustible, poco después de 2030, y después de eso no hay un límite de escala claro".

De hecho, el proceso proporciona una forma de convertir la energía solar fluctuante y momentánea en permanentes combustibles almacenables que podrían llenar los depósitos de nuestras máquinas. "Se trata de una vía de energía para abordar el problema de la intermitencia y solucionarlo de una manera que permita satisfacer las necesidades de alta densidad de energía en todo el mundo; como que los aviones atraviesen el Atlántico Norte", concluye Keith.

 

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