PARAMACONI RODRÍGUEZ *

Durante los siglos XIX y XX, los caballos fueron el medio de transporte más utilizado, tanto en las zonas urbanas como en las rurales. Movían la economía y controlaban la cadena de suministro. Los caballos eran un usuario de "energía" extremadamente barato y altamente efectivo, logrando eficiencias más del triple que las de los motores de carbón. Los caballos eran incluso una fuente de generación de empleo. 

Sin embargo, este motor de la vida pública pronto se convirtió en una fuente de desechos, y el estiércol de caballo se convirtió en un impacto negativo masivo en la sociedad y el medio ambiente. La creciente población y la necesidad de más caballos causaron enormes problemas ambientales y de salud y fueron logísticamente complejos de manejar.

Consideremos, por ejemplo, las enfermedades asociadas al polvo de estiércol seco y al lodo de estiércol remojado, sin mencionar el olor, las moscas y las muertes relacionadas con el tráfico de caballos.

Por lo tanto, la transición del transporte a caballo al automóvil fue una elección ambiental razonable y aparentemente positiva.

Avanzando en el tiempo hasta 1952, el smog producido por la industria, la calefacción residencial y el transporte causó una grave contaminación del aire que mató a unas 12.000 personas en Londres. Tal evento fue la fuerza impulsora de la Ley de Aire Limpio de 1956, que restringió la quema de combustibles domésticos en áreas urbanas.

Esta fue una piedra angular para la transición progresiva que se alejaba del carbón en los ferrocarriles, en la fabricación de gas, en muchos hogares y en la mayoría de las industrias.

250 años después de la revolución industrial impulsada por el carbón y 140 años después de la primera patente de un vehículo propulsado por un motor de gas, ahora nos enfrentamos a desafíos ambientales y de salud pública similares.

Se han propuesto diferentes fuentes de energía alternativa para liderar la transición energética que tienen todas las ventajas pero también desafíos asociados con el costo, la implementación o la distribución generalizada. Una de las alternativas llamadas a liderar la nueva transición energética, es el uso del hidrógeno verde, obtenido a partir de la electrólisis, como vector energético. Pero, ¿podría el hidrógeno liderar esta nueva transición hacia una economía más limpia?

El hidrógeno ofrece una gran cantidad de ventajas frente a otros vectores energéticos para liderar la transición energética:

+ Es renovable y de fácil acceso;

+ Por peso, el hidrógeno tiene la mayor producción de energía primaria de cualquier combustible convencional;

+ Las celdas de combustible de hidrógeno son más eficientes en la producción de electricidad que otras fuentes de energía convencionales;

+ El hidrógeno tiene la capacidad de respaldar la red cuando las energías renovables intermitentes (como la energía solar fotovoltaica y la eólica) no pueden satisfacer la demanda;

+ Debido a que elimina las emisiones de CO2, el hidrógeno puede ayudar con las iniciativas de energía de carbono cero;

+ La producción y utilización de hidrógeno lo hacen adecuado para su uso en lugares remotos;

+ La velocidad de carga de una celda de combustible de hidrógeno es significativamente más rápida que la de las baterías;

+ Las pilas de combustible de hidrógeno no generan un ruido excesivo.

Por todas estas razones y más, dondequiera que vayamos hoy, “Economía del Hidrógeno” (como el concepto que implica toda la cadena de suministro - producción, almacenamiento, distribución y utilización -) es la palabra de moda elegida.

Pero la pregunta que sigue es: ¿Cuándo va a pasar?

Durante muchos años, a finales de los 90 y principios de los 2000, se creyó que el sector del transporte era el motor de la transición a la Economía del Hidrógeno; sin embargo, el auge de los vehículos enchufables y totalmente eléctricos ha cambiado en gran medida el paradigma de la electrificación de la movilidad en los últimos cinco años. ¿Qué es lo siguiente? Si los coches de batería son el presente, ¿por qué el auge del vocabulario de la Economía del Hidrógeno en los últimos años?

Creemos que la transición a la Economía del Hidrógeno será impulsada por algo más que vehículos personales. Si bien las baterías son la respuesta más inmediata para la electrificación del transporte liviano, el hidrógeno se enfoca en brindar soluciones a un sector clave como el transporte pesado y de larga distancia. De hecho, camiones, trenes, barcos y aviones constituyen el 68% de las emisiones de CO2 del sector del transporte.

Además del sector del transporte, el hidrógeno tiene el potencial de liderar la transición energética hacia un futuro energético limpio, seguro y asequible en la industria y en las zonas urbanas, pero luego debe adoptarse en las industrias que consumen mucha energía (por ejemplo, el acero y el cemento), las calefacción e iluminación.

En algunos de estos casos, se utilizará hidrógeno en una pila de combustible para generar electricidad; en otros casos se utilizará hidrógeno como combustible en un horno de combustión para generar calor libre de emisiones de CO2.

En cuanto al escenario donde el hidrógeno se utiliza como combustible en una pila de combustible para generar electricidad, desde hace unas décadas, los científicos y la industria han estado desarrollando pilas de combustible que permitirán el uso de hidrógeno y combustibles que contienen hidrógeno no solo en el transporte, sino también aplicaciones estacionarias fuera de la red (por ejemplo, generación de electricidad para edificios).

Aunque las celdas de combustible no están completamente implementadas en el mercado como las baterías, las celdas de combustible están disponibles comercialmente, como lo demuestran los siguientes casos. Los principales fabricantes de automóviles tienen vehículos eléctricos de pila de combustible de hidrógeno disponibles en el mercado, incluidos el Toyota Mirai, el Hyundai Nexo, el Mercedes-Benz GLC F-CELL, el Honda Clarity y el BMW iX5 de pila de combustible.

Lo mismo ocurre con Hynova Yachts, con sede en Francia, que está adoptando pilas de combustible de hidrógeno de Toyota para impulsar barcos de 40 pies. En cuanto a las aplicaciones estacionarias, la energía de celdas de combustible para aplicaciones fuera de la red -desde torres de comunicación hasta respaldo eléctrico para edificios- también es una realidad. Y en 2020, incluso Microsoft informó sobre el uso de generadores de respaldo de hidrógeno que respaldan uno de los servidores de su centro de datos.

Por otro lado, Fuel Cell Systems, Ltd demostró la flexibilidad de las pilas de combustible de hidrógeno para suministrar energía a equipos de comunicaciones esenciales en la Antártida. Y PowerUP produce celdas de combustible de hidrógeno para impulsar diferentes aplicaciones en la industria marítima y en la infraestructura de telecomunicaciones.

Entonces ahora, la pregunta es: ¿Por qué no se implementan ampliamente?

EL COSTO DE SER SUSTENTABLE
Aunque el hidrógeno es el elemento más abundante en la tierra, no existe en su forma molecular de gas fácilmente disponible. Eso significa que es necesario producir gas hidrógeno. De ahí los llamados colores del hidrógeno, que hacen referencia a la forma en que se produce el hidrógeno. Así, en la actualidad, el hidrógeno se produce principalmente a partir de hidrocarburos (grises, azules o turquesas).

Sin embargo, la producción de hidrógeno a partir de hidrocarburos aún genera la emisión de CO2. En cambio, el hidrógeno verde, libre de emisiones de CO2, se produce por electrólisis del agua (H2O) utilizando recursos renovables.

Pero, a partir de hoy, del suministro total anual de hidrógeno a nivel mundial,El 59% se produce a partir de la reforma de gas natural con metano con vapor de agua a base de combustibles fósiles, el 19% se produce a partir de la gasificación de carbón a hidrógeno y solo el 1% actualmente proviene de la electrólisis. Es por eso que la producción de hidrógeno verde se ha convertido en un área clave de enfoque en la parte superior de la lista de vigilancia de tecnologías emergentes.

Sin embargo, el problema central de la implementación más amplia del hidrógeno verde es el costo: el hidrógeno verde cuesta 10-12 €/kg frente a los 5-6 €/Kg del hidrógeno gris. En cuanto al costo promedio de un electrolizador de hidrógeno, se debe principalmente al suministro de energía (28%), varios componentes de energía (45%) y procesamiento y circulación de agua (12%). Por lo tanto, la reducción del costo de la producción de hidrógeno verde puede abordarse reduciendo el costo de la electricidad renovable y de los componentes de los electrolizadores.

Varios analistas predicen que el costo de producir hidrógeno verde a partir de energías renovables debería caer un 30% para 2030, lo que permitiría aumentar la producción de hidrógeno verde. En cambio, el coste de los componentes de los electrolizadores es más complicado: el 5-10% del coste del electrolizador actualmente depende de la volatilidad de los precios del catalizador (Pt, Ir, Ni, Co, Ru) y por tanto es depende de la disponibilidad de estos metales, de las fluctuaciones en la oferta/demanda y de factores geopolíticos.

Por tanto, reducir la dependencia de estos materiales críticos permitirá generalizar el uso de la tecnología, y precisamente en CIC energiGUNE estamos trabajando para superar estas barreras desarrollandocatalizadores de electrolizadores basados ​​en materiales más abundantes en la Tierra.

EL DESAFÍO DEL ALMACENAMIENTO Y LA DISTRIBUCIÓN
El hidrógeno también enfrenta limitaciones en términos de almacenamiento y distribución. El desarrollo de la infraestructura de hidrógeno no está a la altura de las necesidades. Entonces, este déficit está frenando la implementación generalizada del hidrógeno.

Dado que el precio del hidrógeno para los consumidores depende en gran medida de la oferta/demanda, la falta de una red de distribución de hidrógeno para los hogares y la industria y la escasez de estaciones de servicio de hidrógeno generan incertidumbre y altos costos para el consumidor. Y es probable que la planificación y la coordinación entre los gobiernos, la industria y las partes interesadas ayuden a resolver este problema.

Entonces, ¿qué debemos hacer a continuación?  La investigación y desarrollo en centros de investigación como CIC energiGUNE, es fundamental para abaratar costes y mejorar el rendimiento/durabilidad de electrolizadores y pilas de combustible. Sin embargo, esta no es la principal limitación. Las acciones gubernamentales y los fondos públicos son fundamentales para establecer la agenda de investigación, asumir riesgos y atraer capital privado para la innovación.

Además de las mejoras en la tecnología del hidrógeno y la reducción de su costo, también es importante que los centros industriales impulsen la producción y utilización de hidrógeno verde. La industria y los gobiernos de todo el mundo deberían adaptar la infraestructura nueva existente y construida para el transporte y almacenamiento de hidrógeno. De hecho, un aumento de la demanda de hidrógeno reducirá sus costes.

Del mismo modo, los gobiernos también deben eliminar las barreras regulatorias innecesarias y deben favorecer políticas que creen mercados sostenibles para el hidrógeno verde, respaldando las inversiones en producción, proveedores y usuarios, ya que estas inversiones también reducirán significativamente el costo.

Los combustibles fósiles ayudaron a la sociedad moderna a crear una potencia industrial y transformar el transporte. Ahora es el momento adecuado para aprovechar la capacidad del hidrógeno verde para desempeñar un papel clave en una economía energética limpia, segura y asequible. La tecnología es lo suficientemente madura y las circunstancias globales exigen que tomemos medidas.

* Responsable del grupo de investigación Tecnologías Electroquímicas del Hidrógeno, área de Almacenamiento Electroquímico de CIC energiGUNE