¿Por qué se habla tanto del potencial del hidrógeno como fuente de energía? ¿Es posible el empleo generalizado del hidrógeno, el elemento químico más abundante y ligero del universo, como combustible no contaminante?

En los últimos tiempos la posibilidad ha cobrado más fuerza que nunca como alternativa realmente viable y extensible a la producción energética global. Y, además, es una idea que en realidad viene de lejos: el primer motor de combustión de la historia funcionó precisamente con hidrógeno, y se ha usado ya esta tecnología en los cohetes que propulsan  las naves espaciales.

El debate sobre la transición energética y la lucha contra el cambio climático es complejo y resulta fácil perderse entre conceptos como “hidrógeno renovable”, “hidrógeno verde”, “hidrógeno azul” o “hidrógeno de bajas emisiones”.  En este post intentaremos arrojar algo de luz sobre el potencial de esta fuente de energía y la terminología empleada.

Un gran potencial energético

El potencial del hidrógeno para proporcionar energía limpia y asequible es enorme: la combustión de un kilo de hidrógeno genera tres veces más energía que la  de un kilo de gasolina y es el elemento químico más abundante  en el universo. Hasta aquí todo son buenas noticias.

Sin embargo, el hidrógeno no se presenta de forma aislada sino formando parte de moléculas más complejas, como el agua o los hidrocarburos. Igual que un mineral tiene que ser procesado, fundido y transformado para poder ser utilizado o que el petróleo debe pasar por varios procesos de refino  para obtener los combustibles, el hidrógeno debe ser producido (extraído de las moléculas que lo contienen) y almacenado.

Este proceso exige grandes cantidades de energía provenientes, hasta ahora, de fuentes no renovables. De hecho, la casi totalidad del hidrógeno se produce a partir de hidrocarburos como el gas natural y el carbón, haciendo que su propia producción sea una fuente de emisiones de CO₂.

Así que hay dos posibilidades para aprovechar el potencial del hidrógeno  en la lucha contra el cambio climático:

• Reducir las emisiones de los procesos industriales que requieren hidrógeno, fundamentalmente en la industria del refino (es necesario para la transformación del petróleo) y la petroquímica (se utiliza para  producir amoniaco).
• Utilizar el propio hidrógeno como fuente de energía almacenable que garantice la seguridad del suministro eléctrico de fuentes renovables, en momentos de no disponibilidad de las mismas.

Tipos de hidrógeno según su forma de producción y sus emisiones

La molécula de H2  es la misma independientemente de su origen, como la molécula de CO2 es la misma salga de un tubo de escape o de una hoguera de campamento. Pero el H2 no se encuentra  como tal en la naturaleza, así que se debe obtener a partir de otras moléculas, sea cual sea su uso final.

Básicamente hay dos fuentes para conseguir este hidrógeno,  según su forma de producción:

1. Hidrógeno a partir de fuentes fósiles.  Se produce al descomponer las moléculas de hidrocarburos (C_xH_y), a partir de combustibles fósiles (petróleo, gas natural, carbón) y vapor de agua alta temperatura. Genera CO₂ como subproducto. A día de hoy, la gran mayoría del hidrógeno producido en todo el mundo se obtiene por esta vía.
2. Hidrógeno a partir de electricidad: la molécula de agua (H₂O) se rompe mediante la aplicación de corriente eléctrica. El consumo de electricidad es enorme y, aunque el proceso en sí no genera emisiones directamente, hay que tener en cuenta el origen de la electricidad utilizada.

Es decir, las emisiones de CO₂ relacionadas con el hidrógeno tienen que tenerse en cuenta a lo largo de todo el ciclo de vida del producto y no solamente durante su utilización (emisiones directas). Es por ello que la reducción de emisiones se puede efectuar por dos vías:

1. La captura del CO₂ emitido. El límite técnico está en la actualidad en el 90 % del CO2, por lo que para llegar a las emisiones netas cero se tiene que compensar con acciones adicionales como, por ejemplo, la reforestación.
2. El uso de electricidad de origen 100 % renovable.  El hidrógeno electrolítico renovable depende de poder contar con un mix eléctrico generado tan solo por energías renovables (eólica, solar).

El hidrógeno que se ha producido reduciendo el nivel de emisiones durante todo su ciclo de vida se denomina hidrógeno de bajas emisiones, independientemente de que se trate de hidrógeno a partir de combustibles fósiles con captura de CO₂ o de hidrógeno a partir de electricidad.

Solo podemos hablar de hidrógeno renovable (también llamado hidrógeno limpio), cuando las emisiones a lo largo de todo el ciclo de vida sean cero o casi cero. Este sería el objetivo a conseguir, aunque a día de hoy todavía requiere mayor desarrollo tecnológico, como veremos en el próximo post.

El color del hidrógeno

Como decíamos al inicio de este post, uno de los términos más populares para hablar del potencial del H2 en la transición energética es “hidrógeno verde”.  Como el adjetivo verde se suele asociar con “ecológico” o “sostenible”, esta terminología se ha extendido al resultar intuitiva para la ciudadanía en general.

La realidad es un poco más sofisticada y el hidrógeno verde se relaciona con una clasificación por colores según la forma de producción, parecida a la que mencionábamos antes, pero que conviene aclarar.

1. Gris: El hidrógeno gris es el que genera una cantidad significativa de emisiones de GEI, principalmente CO₂. Mayoritariamente proviene del gas natural y es el más barato de producir.
2. Azul: El hidrógeno azul es el que genera emisiones de CO₂ que se capturan para ser almacenadas o reutilizadas (por ejemplo, para fabricar ecocombustibles). Es un hidrógeno de bajas emisiones y es el más viable para reducir emisiones en el corto y medio plazo.
3. Verde: El hidrógeno verde es también llamado “hidrógeno limpio” y se corresponde con el hidrógeno renovable, es decir, aquel que no genera prácticamente ningún tipo de emisiones durante su producción. El desarrollo de tecnologías competitivas y coste eficientes es prometedor, pero los expertos consideran que aún queda un  camino para que resulte económicamente eficiente.
4. Marrón: es un tipo de hidrógeno similar al gris, pero generado a partir del carbón.

En 2019 la Agencia Internacional de la Energía utilizó esa clasificación en el informe The Future of Hydrogen, con lo que ha ganado bastante popularidad.

Aunque la distinción por colores resulta útil en un contexto divulgativo,  en términos técnicos, es inconsistente con la legislación europea, en la que se ha optado por hablar de “hidrógeno de bajas emisiones” e “hidrógeno renovable” a la hora de planificar el despliegue de esta tecnología.

Para qué sirven el H2

Como anticipábamos, hay dos industrias que consumen casi todo el hidrógeno que se produce en el mundo, ya que sus  usos energéticos aún son muy reducidos: la industria del refino de petróleo y la industria petroquímica que produce amoniaco. Las refinerías utilizan el H2 en sus procesos de transformación del crudo en productos energéticos o no energéticos y son las grandes productoras de esta molécula, por lo que, tal y como contempla la Estrategia para la Evolución hacia los Ecocombustibles, la reducción de emisiones en su producción contribuirá significativamente a la descarbonización de los procesos  de refino y, además,  permitirá fabricar  combustibles sintéticos de emisiones netas cero.

¿Cómo se puede conseguir? Explicaremos las vías para la descarbonización y su relación con los planes del Pacto Verde Europeo y la Hoja de Ruta del Hidrógeno Renovable española en el próximo post.