ENERGÍA RENOVABLE

¿Qué es el hidrógeno y puede realmente convertirse en una solución climática?

El hidrógeno, o H₂, está recibiendo mucha atención últimamente a medida que los gobiernos de EE. UU., Canadá y Europa presionan para reducir sus emisiones de gases de efecto invernadero.

Pero, ¿qué es exactamente el H₂? ¿Es realmente una fuente de energía limpia?

Me especializo en investigar y desarrollar técnicas de producción de H₂. Aquí hay algunos datos clave sobre este químico versátil que podría desempeñar un papel mucho más importante en nuestras vidas en el futuro.

Entonces, ¿qué es el hidrógeno?

El hidrógeno es el elemento más abundante en el universo, pero debido a que es tan reactivo, no se encuentra solo en la naturaleza. En cambio, normalmente se une a otros átomos y moléculas en agua, gas natural, carbón e incluso materia biológica como plantas y cuerpos humanos.

Sin embargo, el hidrógeno se puede aislar. Y por sí sola, la molécula de H₂ tiene un gran impacto como portador de energía altamente efectivo.

Ya se utiliza en la industria para fabricar amoníaco, metanol y acero y en la refinación de crudo. Como combustible, puede almacenar energía y reducir las emisiones de los vehículos, incluidos los autobuses y los buques de carga.

El hidrógeno también se puede utilizar para generar electricidad con menos emisiones de gases de efecto invernadero que las centrales eléctricas de carbón o gas natural. Ese potencial está recibiendo más atención a medida que el gobierno de EE. UU. prepara nuevas reglas que exigirían que las plantas de energía existentes reduzcan sus emisiones de dióxido de carbono.

Debido a que puede almacenarse, el H₂ podría ayudar a superar los problemas de intermitencia asociados con las fuentes de energía renovables como la eólica y la solar. También se puede mezclar con gas natural en plantas de energía existentes para reducir las emisiones de la planta.

El uso de hidrógeno en las centrales eléctricas puede reducir las emisiones de dióxido de carbono cuando se mezcla o se utiliza solo en turbinas especializadas o en celdas de combustible, que consumen H₂ y oxígeno u O₂ para producir electricidad, calor y agua. Pero por lo general no está completamente libre de CO₂. Eso se debe en parte a que aislar H₂ del agua o del gas natural requiere mucha energía.

¿Cómo se produce el hidrógeno?

Hay algunas formas comunes de producir H₂:

  • La electrólisis puede aislar el hidrógeno al dividir el agua (H₂O) en H₂ y O₂ usando una corriente eléctrica.

  • El reformado de metano utiliza vapor para dividir el metano, o CH₄, en H₂ y CO₂. También se puede utilizar oxígeno y vapor o CO₂ para este proceso de división.

  • La gasificación transforma los materiales a base de hidrocarburos, incluida la biomasa, el carbón o incluso los desechos municipales, en gas de síntesis, un gas rico en H₂ que se puede usar como combustible por sí solo o como precursor para producir productos químicos y combustibles líquidos.

Cada uno tiene ventajas y desventajas.

Verde, azul, gris: ¿qué significan los colores?

El hidrógeno a menudo se describe con colores para indicar qué tan limpio o libre de CO₂ es. El más limpio es el hidrógeno verde.

El H₂ verde se produce mediante electrólisis alimentada por fuentes de energía renovables, como la eólica, la solar o la hidroeléctrica. Si bien el hidrógeno verde está completamente libre de CO₂, es costoso, alrededor de US $ 4- $ 9 por kilogramo ($ 2- $ 4 por libra) debido a la alta energía requerida para dividir el agua.

Gráfico que muestra los diferentes colores del hidrógeno y cómo se fabrica cada uno
Hoy en día, la mayor parte del hidrógeno está hecho de gas natural, es decir, metano, que es un potente gas de efecto invernadero.
IRENA (2020), Hidrógeno verde: una guía para la formulación de políticas

Otras técnicas menos intensivas en energía pueden producir H₂ a un costo menor, pero aún emiten gases de efecto invernadero.

El H₂ gris es el tipo más común de hidrógeno. Está hecho de gas natural mediante reformado de metano. Este proceso libera dióxido de carbono a la atmósfera y cuesta alrededor de $1-$2,50 por kilogramo (50 centavos-$1 por libra).

Si las emisiones de CO₂ del hidrógeno gris se capturan y se bloquean para que no se liberen a la atmósfera, puede convertirse en hidrógeno azul. Los costos son más altos, alrededor de $ 1.50- $ 3 por kilogramo (70 centavos- $ 1.50 por libra) para producir, y las emisiones de gases de efecto invernadero aún pueden escapar cuando se produce y transporta el gas natural.

Una mujer con un chaleco de trabajo ajusta un sistema mecánico con tuberías en una pequeña pared.
Un sistema electrolizador en una planta de producción de hidrógeno en Mallorca, España.
Jaime Reina/AFP vía Getty Images

Otra alternativa es el hidrógeno turquesa, producido a partir de recursos tanto renovables como no renovables. Los recursos renovables proporcionan energía limpia para convertir metano (CH₄) en H₂ y carbono sólido, en lugar de ese dióxido de carbono que debe capturarse y almacenarse. Este tipo de tecnología de pirólisis aún es nueva y se estima que cuesta entre $1,60 y $2,80 por kilogramo (70 centavos-$1,30 por libra).

¿Podemos apagar las luces de los combustibles fósiles ahora?

Más del 95 % del H₂ que se produce actualmente en los EE. UU. es hidrógeno gris elaborado con gas natural, que todavía emite gases de efecto invernadero.

Que el H₂ pueda convertirse en una alternativa al gas natural para la industria energética y otros usos, como el transporte, la calefacción y los procesos industriales, dependerá de la disponibilidad de energía renovable de bajo costo para electrólisis para generar H₂ verde.

También dependerá del desarrollo y expansión de tuberías y otra infraestructura para almacenar, transportar y dispensar H₂ de manera eficiente.

Sin la infraestructura, el uso de H₂ no crecerá rápidamente. Es una versión moderna de «¿Qué fue primero, el huevo o la gallina?» El uso continuado de combustibles fósiles para la producción de H₂ podría estimular la inversión en infraestructura de H₂, pero el uso de combustibles fósiles libera gases de efecto invernadero.

¿Qué le depara el futuro al hidrógeno?

Aunque están surgiendo proyectos de hidrógeno verde y azul, hasta ahora son pequeños.

Políticas como los límites de emisiones de gases de efecto invernadero de Europa y la Ley de Reducción de la Inflación de EE. UU. de 2022, que ofrece créditos fiscales de hasta $ 3 por kilogramo ($ 1,36 por libra) de H₂, podrían ayudar a que el hidrógeno más limpio sea más competitivo.

Se proyecta que la demanda de hidrógeno aumente de dos a cuatro veces su nivel actual para 2050. Para que eso sea H₂ verde, se requerirían cantidades significativas de energía renovable al mismo tiempo que se construyen nuevas plantas de energía solar, eólica y otras energías renovables para proporcionar electricidad directamente al sector eléctrico.

Si bien el hidrógeno verde es una tendencia prometedora, no es la única solución para satisfacer las necesidades energéticas del mundo y los objetivos de energía libre de carbono. Es probable que sea necesaria una combinación de fuentes de energía renovable y H₂ limpio, incluido el azul, el verde o el turquesa, para satisfacer las necesidades energéticas del mundo de manera sostenible.

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