Japón construyó la tercera economía mundial sobre una base industrial impulsada por petróleo, gas y carbón importados. Ahora, planea trasladar una gran parte de dicha energía al hidrógeno, en una de las mayores apuestas globales por una fuente energética rechazada durante mucho tiempo por ser demasiado costosa e ineficiente como para ser viable.

El cambio es una pieza clave del plan del país para eliminar las emisiones de carbono de aquí a 30 años. Si da resultado, también podría sentar las bases para una cadena de suministro global que finalmente permitiría que el hidrógeno fuera en sí mismo una fuente de energía y apartaría todavía más al petróleo y el carbón —al igual que el país lideró el gas natural líquido en los años setenta, según algunos expertos—.

El hidrógeno ya ha generado expectación antes, y siguen existiendo grandes obstáculos económicos y técnicos que hay que superar. El enfoque de Japón seguramente será un proceso gradual de alejamiento de los combustibles fósiles durante muchos años, por lo que no reducirá las emisiones de carbono rápidamente al principio.

Tampoco solucionará su dependencia de energía extranjera. El país planea utilizar hidrógeno producido mayormente a partir de combustibles fósiles importados inicialmente. Pero, al igual que muchos países, Japón ha entendido que no puede conseguir su objetivo de cero emisiones en 2050 solo con fuentes renovables como la solar o la eólica.

El hidrógeno produce vapor de agua cuando se utiliza, en lugar de gases de efecto invernadero como el dióxido de carbono. Puede utilizarse para reemplazar combustibles fósiles en industrias donde las renovables no son tan efectivas. El Gobierno japonés ha más que duplicado su presupuesto de investigación y desarrollo vinculado al hidrógeno hasta casi 300 millones de dólares en los dos años previos a 2019, cifra que no incluye los millones invertidos por empresas privadas.

En diciembre, Japón publicó una hoja de ruta provisional que pedía que el hidrógeno y los combustibles relacionados suministraran el 10% de la energía para la generación de electricidad —desde prácticamente cero actualmente—, así como una parte considerable de la energía para otros usos como el transporte o la fabricación de acero en 2050. Ahora, el gobierno perfecciona un plan energético definitivo, que podría incluir objetivos oficiales de desarrollo de hidrógeno y un cálculo de cuánto costará.

Se espera que el Gobierno conceda subvenciones a la larga, así como desincentivos para las tecnologías que emitan carbono. Las principales ciudades industriales de Japón están construyendo naves, plantas de gas y otras infraestructuras para convertir el hidrógeno en una parte importante de la vida cotidiana.

La mayor compañía energética de Japón, JERA, está planeando reducir las emisiones de carbono con hidrógeno

La mayor compañía energética de Japón, JERA, está planeando reducir las emisiones de carbono mezclando el amoniaco, compuesto del hidrógeno, en sus plantas de combustibles fósiles, y en mayo firmó un memorando de acuerdo con uno de los mayores fabricantes de amoniaco del mundo para desarrollar capacidad de suministro. Los grupos del país están buscando sitios para extraer amoniaco e hidrógeno. Compañías marítimas como NYK Line están diseñando naves que funcionan con dichos combustibles.

El primer operador de hidrógeno líquido del mundo —una embarcación de 115 metros con las letras 'LH2' en azul y negro— está anclado en el puerto de Kobe al suroeste de Japón, preparado para su puesta a prueba hasta Australia, a unos 9.000 km de distancia. 

"La verdadera revolución aquí es que, si se produce un avance en Japón y toda la cadena de valor se desarrolla para servir al mercado japonés, creo que habrá una rápida adopción" del hidrógeno en todo el mundo, dice David Crane, exdirector general del productor de energía estadounidense NRG Energy que forma parte del consejo de JERA.

El hidrógeno tiene ventajas clave. Una es que se puede usar en versiones modificadas de centrales eléctricas existentes y otra maquinaria diseñada para funcionar con carbón, gas o petróleo. Eso ayudará a los países a no tirar miles de millones de dólares en activos heredados a medida que se adentran en un nuevo futuro energético. También puede almacenarse y utilizarse en celdas de combustible, que acumulan más energía en el mismo espacio que las baterías eléctricas. Eso hace que el hidrógeno sea más apropiado para aviones o barcos que tienen que transportar reservas de energía a larga distancia.

Otra ventaja es que el hidrógeno es una tecnología en la que Japón puede tomar la delantera y reducir la dependencia de China, que está emergiendo como una gran alternativa energética y como el mayor proveedor de paneles solares y baterías eléctricas del mundo. Con el 80% de paneles solares procedentes de China, "estamos algo preocupados" por la seguridad energética del futuro, dice Masakazu Toyoda, presidente del Institute of Energy Economics, Japón, que también forma parte de un comité que asesora al Gobierno sobre la estrategia energética.

La Agencia Internacional de la Energía declaró en mayo que se necesitaría hidrógeno, junto con energía solar y eólica, si el mundo quiere alcanzar cero emisiones netas de carbono en 2050. Su hoja de ruta para la forma más "técnicamente factible" de conseguirlo predice que el hidrógeno y los combustibles relacionados representarían el 13% de la combinación energética total ese año, mientras que la inversión podría superar los 470.000 millones de dólares anuales.

En EE.UU., algunos estados y empresas están invirtiendo en proyectos de hidrógeno como estaciones de servicio, aunque los esfuerzos aún son esporádicos. El año pasado, la Unión Europea dio a conocer su propia estrategia de hidrógeno y estimó que la inversión en la industria podría alcanzar cientos de miles de millones de dólares en 2050.

Varias compañías petroleras europeas, incluidas Royal Dutch Shell y BP, están respaldando nuevos planes de hidrógeno. Este año, Airbus ha presentado planes para tres aviones alimentados con hidrógeno. En Asia, un consorcio de grupos surcoreanos, incluido Hyundai, anunció en marzo 38.000 millones de dólares en inversiones vinculadas al hidrógeno hasta 2030. China planea tener cientos de autobuses de hidrógeno listos para los Juegos Olímpicos de Invierno en Pekín a principios de 2022.

Un gran problema es que el hidrógeno no se encuentra de forma aislada en la naturaleza, lo que significa que debe ser extraído de componentes como agua o combustibles fósiles. Eso requiere energía. Se emplea más energía en producir hidrógeno puro que la que resulta cuando se consume dicho hidrógeno.

Las formas más frecuentes de conseguir hidrógeno, extrayéndolo de gas natural o carbón, también generan mucho dióxido de carbono. El objetivo a largo plazo es conseguir hidrógeno de forma 'limpia', utilizando electricidad de fuentes de energía renovable, pero por ahora eso es más caro.

Almacenar y transportar hidrógeno también es difícil. El gas es tan ligero y ocupa tanto espacio a temperatura ambiente que tiene que ser comprimido o licuado para ser transportado de manera eficiente. El hidrógeno no se convierte en líquido hasta que se enfría a -253 ºC, solo 20 grados más que el cero absoluto.

El plan de Japón podría ser uno de los más relevantes del mundo por su idea audaz de utilizar amoniaco. El amoniaco, un compuesto del nitrógeno y el hidrógeno que no emite dióxido de carbono, resuelve parte de los problemas del hidrógeno. Es más caro conseguirlo, pero mucho más fácil de transportar y almacenar —y por ende comercializar— que el hidrógeno puro. Y ya se produce en grandes cantidades en todo el mundo, principalmente para abono.

Los críticos dicen que el hidrógeno y los combustibles relacionados no valen la pena. Generar electricidad a partir de hidrógeno puro en Japón costaría actualmente alrededor de ocho veces más que utilizando gas natural o energía solar y nueve veces más que con carbón, según algunas estimaciones. Greenpeace ha criticado duramente las centrales eléctricas de amoniaco de Japón.

Concluyó en un análisis de marzo que la idea era "un engaño verde caro", porque seguramente seguiría implicando emisiones de gases de efecto invernadero y cuesta más que producir electricidad con energía renovable. Volkswagen calcula que los vehículos eléctricos alimentados con hidrógeno utilizan hasta tres veces más energía que los que utilizan una batería. El director general de Tesla, Elon Musk, ha dicho que las celdas de batería de hidrógeno para coches son ridículas.

Pero la situación de Japón implica que tiene pocas opciones. Importa casi el 90% de la energía que consume, y tiene poco margen para construir parques solares o eólicos. Japón cerró la mayoría de sus centrales nucleares después de que un tsunami de 2011 provocara el colapso de una en Fukushima. La sociedad sigue estando ampliamente en contra de la energía nuclear.

El plan de acción de carbono cero que el ministro de Economía, Comercio e Industria de Japón presentó en diciembre exigía importar millones de toneladas de amoniaco. "Es un gran esfuerzo", dice Ryo Minami, director general del área de petróleo, gas y recursos minerales del METI, que está liderando su estrategia de amoniaco. "Japón se está embarcando en algo que nunca se ha hecho en ningún lugar del mundo".

Aunque Japón lleva promocionando el hidrógeno desde los años setenta, la comercialización fue lenta. Las opiniones empezaron a cambiar hace unos años, tras un proyecto de investigación patrocinado por el gobierno y liderado por Shigeru Muraki, exvicepresidente de Tokyo Gas. Muraki propuso empezar con el amoniaco hasta que las tecnologías que utilizaban hidrógeno puro se desarrollaran.

El grupo de Muraki descubrió que se podía quemar en centrales térmicas de carbón y gas existentes, que actualmente producen tres cuartas partes de la electricidad de Japón. Aunque la combustión emite óxido nitroso, un gas de efecto invernadero, los ingenieros en Japón han trabajado para reducir las emisiones y dicen que el resto se puede ser filtrado para no ser liberado.

Las empresas de servicios públicos japonesas podrían asegurar primero amoniaco extraído de combustibles fósiles y encontrar formas de capturar o compensar el dióxido de carbono emitido durante el proceso, razonó Muraki. Podrían pasar al amoniaco 'verde' a medida que la demanda crezca y los precios bajen. Muraki habló de la idea con oficiales del gobierno, como Minami, del Ministerio de Economía. El problema era que Japón necesitaba economías de escala para reducir los precios del hidrógeno o el amoniaco, y no había emergido un gran consumo.

Aquí es donde JERA entra en juego. El productor de energía se creó después de que el desastre nuclear de Fukushima dejara a su operador, Tokyo Electric Power, en una situación financiera crítica. En 2019, Tepco y otra gran compañía de servicios públicos traspasaron sus centrales térmicas a JERA, proveyéndola con instalaciones que suministraban cerca de un tercio de la electricidad de Japón.

JERA estimó que transformar toda la energía de Japón en renovable significaría reconstruir toda la red eléctrica, un proceso largo y costoso, declara Hisahide Okuda, director del Departamento de Estrategia de JERA. Pero la red existente podría respaldar suficiente energía renovable como para satisfacer la mitad de la demanda del país. Para descarbonizar el resto, Okuda acudió al amoniaco y convenció a los miembros escépticos del consejo. JERA anunció su plan para convertir sus centrales de carbón a una mezcla de amoniaco en octubre.

JERA e IHI han iniciado un ensayo financiado por el gobierno para quemar una mezcla de amoniaco al 20%

En Yokohama, el fabricante de la industria pesada IHI está adaptando turbinas de gas para que utilicen una mezcla de gas y amoniaco. "Todo lo que tienes que hacer es reemplazar el hornillo", declara Masahiro Uchida, investigador principal de IHI, señalando a un cilindro color bronce encima de la cámara central de la turbina. IHI también ha descifrado cómo acondicionar calderas de carbón, y espera venderlas en países como Australia o Malasia, así como en Japón.

JERA e IHI han iniciado un ensayo financiado por el gobierno para quemar una mezcla de amoniaco al 20% en una de las centrales eléctricas de carbón de JERA más grandes. Si sale bien, JERA declara que espera desplegar la tecnología en todas sus centrales de carbón para 2030, y después aumentar de forma gradual el porcentaje de amoniaco utilizado, reduciendo el carbono emitido.

Eso requeriría un gran impulso de la oferta de amoniaco. La prueba inicial de JERA requiere alrededor de 500.000 toneladas al año —cerca de la mitad de lo que consume Japón ahora—. En 2050, Japón podría consumir 30 millones de toneladas de amoniaco y 20 millones de toneladas de hidrógeno al año, según proyecciones del METI y un grupo consultivo. Actualmente apenas se comercializan 20 millones de toneladas de amoniaco en todo el mundo.

La tarea de descubrir cómo desarrollar esa oferta está recayendo sobre empresas como Mitsubishi y Mitsui & Co, que importan gran parte del combustible y químicos que utiliza actualmente Japón. El mayor desafío es el precio. Oficiales del gobierno y directivos de la industria calculan que costará alrededor de un 24% más generar electricidad si las empresas de servicios públicos mezclan un 20% de amoniaco que si solo queman carbón. Los directivos de la industria dicen que la diferencia de precio podría ser asequible con apoyo e incentivos del gobierno.

Mitsui está examinando la posibilidad de una gran central de amoniaco nueva en Arabia Saudí, ya que el grupo ha concluido que es la fuente más barata. Mitsubishi está negociando con posibles proveedores en Norteamérica, Oriente Medio y Asia, y también está dialogando con compañías marítimas japonesas sobre construir mayores operadores de amoniaco. La Naviera Nippon Yusen está buscando la aprobación preliminar de un enorme petrolero de amoniaco que también se alimentaría con amoniaco, y espera tenerlo listo para funcionar en 2028.

Mientras tanto, las empresas están realizando inversiones que esperan aceleren el día en el que se pueda utilizar hidrógeno puro. Fabricantes japoneses de automóviles, camiones y maquinaria pesada, incluido Toyota, están presionando para disponer de más vehículos alimentados con hidrógeno. Los precios elevados y una escasez de estaciones de servicio han limitado su adopción hasta ahora. Kawasaki Heavy Industries está desarrollando la tecnología necesaria para manipular hidrógeno líquido, incluidos depósitos y tuberías fabricadas con acero inoxidable de doble capa, con un vacío entre capas para su aislamiento.

Kawasaki ha construido un tanque de almacenamiento y lo que podría convertirse en la primera terminal de carga

En un día con mucho viento, en abril, el primer operador con hidrógeno líquido del mundo se preparaba para un trayecto inaugural hasta el sur de Australia, donde el gobierno ha desarrollado un proyecto piloto para conseguir hidrógeno del carbón.

El depósito se sitúa sobre deslizadores que le permiten expandirse y contraerse de cambios de temperatura extremos para almacenar hidrógeno sin romper los puntales que lo sujetan al buque. La maraña de tubos encima de la cubierta también está diseñada para soportar la expansión y contracción, que funciona en una serie de ángulos rectos en lugar de llanos.

Más lejos en la bahía, Kawasaki ha construido un tanque de almacenamiento con forma de globo y lo que podría convertirse en la primera terminal de carga de hidrógeno líquido de Japón. "Estamos entrando en la fase crítica" del desarrollo de hidrógeno, declara Motohiko Nishimura, director ejecutivo a cargo del esfuerzo de hidrógeno de Kawasaki. "Como mínimo, es nuestro deber demostrar que todo esto es técnicamente posible".