Hidrógeno como combustible: pros y contras

El hidrógeno es un combustible que tan sólo genera vapor de agua como residuo. En su estado libre consta de dos átomos (H₂) que, combinados con oxígeno (O) durante su uso (en una cámara de combustión o en forma de pila de combustible), produce agua (H₂O). “Bastarían estas características –explica el profesor Abbotto– para contribuir a resolver la emergencia climática, algo que ya no podemos aplazar más”. Los hidrocarburos, en cambio, están formados por carbono e hidrógeno y, durante su combustión en combinación con oxígeno generan dióxido de carbono (CO₂) y otros residuos perjudiciales para el medio y la salud (nitrógeno y óxidos de azufre).

El hidrógeno se obtiene a partir de la electrólisis del agua, un método simple basado en hacer fluir una corriente de bajo voltaje a través del agua para separar el oxígeno y el hidrógeno en forma de gas. El único hidrógeno verde que podemos considerar como fuente limpia es el que se produce siguiendo este método con electricidad procedente de fuentes renovables. El hidrógeno gris, en cambio, se genera usando combustibles fósiles, principalmente gas natural, por lo que se derivan emisiones de efecto invernadero que neutralizan su teórico impacto cero.

El motor de combustión, descubierto a mediados del siglo XIX y utilizado de forma ininterrumpida hasta la actualidad, permite el movimiento del automóvil a partir de la combustión de carburante y aire, que transforman la energía térmica en mecánica. Tras casi 200 años, este tipo de propulsión ha alcanzado su cénit a nivel de rendimiento y optimización, y ya no podemos considerarla sostenible debido al fuerte impacto medioambiental de sus residuos.

En cambio, el motor de hidrógeno aprovecha una tecnología que destaca por la ausencia de cualquier tipo de emisiones perjudiciales. Ahora bien, su uso principal no se produce en mecánicas como las clásicas, sino en forma de pila, opción alternativa desarrollada para la exploración del espacio en los años sesenta, y que  se fundamenta en un proceso electroquímico que combina hidrógeno y oxígeno para producir energía eléctrica, que luego se envía para mover un motor también eléctrico. 

Los propulsores de gasolina o diésel no aprovechan más de un 20-25% de la energía, por lo que desperdician entre un 75-80% en forma de calor. Por este motivo no puedes tocar un propulsor sin quemarte. Estas cifras no son muy conocidas, pero nos revelan cómo de ineficientes son este tipo de motores. “Teníamos tanta energía disponible que nos podíamos permitir el lujo de malgastarla. Además, extraer petróleo era barato, pero ahora que se está agotando y que no podemos ignorar más sus  consecuencias medioambientales, algo tiene que cambiar”, apunta el profesor Abbotto.  

En un propulsor eléctrico se revierten los porcentajes: se aprovecha el 80% de la energía disponible y se pierde apenas un 20%. Sin embargo, el hidrógeno no puede aprovecharse directamente para animar el motor del coche, ya que primero debe convertirse en energía eléctrica que lo alimente. “Este proceso consume el 50% de energía, por lo que ese 80% mencionado reduce el total de energía útil al 40%, que ya es el doble de la que aprovecha un motor térmico. Tenemos, en la actualidad, muchos estudios y experimentos en marcha, por lo que podemos asumir que esta cifra mejorará significativamente, mientras que la eficiencia de la propulsión con gasolina o diésel difícilmente mejorará”, añade Abbotto.

El uso de la propulsión con hidrógeno no está muy extendido en la actualidad, y uno de los campos en los que podría ser más útil desde ya mismo sería el transporte pesado o por tren. Hablamos de medios de transporte HGV que, en caso de alimentarse por baterías eléctricas como alternativa al motor de combustión, requerirían unos equipos grandes y pesados con tiempos de carga muy largos. El hidrógeno, en cambio, ofrece un sistema compacto, con puntos de repostaje rápido ubicados en las grandes vías de transporte, y una gran autonomía.

En Corea del Sur, algunos fabricantes de vehículos industriales ofrecen un servicio “llaves en mano” de vehículos pesados para el transporte de mercancías alimentados por una red de distribución de hidrógeno verde. “Para los fabricantes de vehículos industriales esta alternativa es más sencilla que para la industria automovilística, porque los viajes HGV siguen rutas estandarizadas de un modo muy similar al de los viajes ferroviarios”, detalla Abbotto.

Casi la mitad de las líneas de tren europeas no están todavía electrificadas. En muchas de ellas el despliegue de catenaria aérea es imposible, por lo que los convoyes que circulan por ellas deben ser tirados por locomotoras diesel, un combustible muy contaminante. El hidrógeno solventaría tanto la falta de suministro eléctrico como el de las emisiones. En Volcamonica, por ejemplo, los 104 km de la línea Brescia-Iseo-Edolo los recorrerán, a partir de 2024, trenes de hidrógeno, alternativa que ya existe en algunos puntos de Alemania desde el año 2018.

El hidrógeno producido con fuentes no renovables contamina. Hasta la fecha, más del 96% de hidrógeno utilizado en el mundo es gris. Menos costoso de fabricar, pero con un impacto en el medio ambiente bastante grande, como prueba el hecho que para producir un kilo de hidrógeno de este tipo se generan 10 kilos de dióxido de carbono. La producción mundial de hidrógeno ronda los 70-75 millones de toneladas, lo que equivale a unas emisiones de más de 1.000 millones de toneladas de CO2. “El reto más importante es producir hidrógeno limpio a un coste asequible”, detalla Abbotto.

El crecimiento del hidrógeno verde debería ir de la mano con el crecimiento de la generación de electricidad por fuentes renovables. “Llegan buenas noticias en este sentido, ya que en 2030, un 70% de la producción eléctrica se generará de forma limpia”, añade Abbotto.

Llenar un tanque de gasolina es fácil y rápido, igual de sencillo que conectar un cable a un coche eléctrico para cargar su batería. El hidrógeno, en cambio, es un gas difícil de manipular, puesto que, al tener una baja densidad de energía volumétrica, necesita comprimirse a altas presiones (de 350 a 700 bar) para contar con cantidad suficiente para mover un coche. Se necesitan entre 5 y 6 kg de hidrógeno para cubrir unos 600 km. Si no lo comprimimos, la cantidad que cabe en un depósito convencional nos daría para recorrer apenas 5 km.

Otra dificultad radica en su transporte. Esto es, cómo trasladar el hidrógeno a las estaciones de servicio en la que repostar los vehículos. En este caso, el primer problema lo encontramos en la necesidad de tuberías especiales para la distribución. Las que se usan para gas natural o metano no son compatibles al 100%, a menos que se utilicen mezclas gas-hidrógeno con bajo porcentaje de hidrógeno. Una solución sería trasladarlo en forma líquida, como se hace con los derivados del petróleo, pero el hidrógeno alcanza este estado a -253ºC, lo que requiere de una gran cantidad de energía para conseguirlo y luego mantener esta temperatura. “A día de hoy, el hidrógeno se produce en el mismo punto donde se utiliza, mayoritariamente entornos industriales”, comenta Abbotto.

Existen algunas canalizaciones de hidrógeno que cubren pocos miles de kilómetros en todo el mundo. Construir una red mundial de distribución para este gas destinada al transporte automotriz tendría un coste muy grande y acumula un gran retraso. Alemania ocupa la primera posición en la materia, con casi 100 estaciones de repostaje, un número que no deja de aumentar. Se ubican mayoritariamente en las autopistas principales, a fin de permitir la movilidad por todo el país. En París se produce el hidrógeno de forma local para la red de taxis, lo que permite que a la flota rodar con eficiencia. El objetivo es que la mitad de estos vehículos rueden animados por hidrógeno en 2024. En Italia existe tan sólo una hidrogenera para coches en la autopista de Brenner, al sur de Bolzano. En este caso, el hidrógeno es de origen local, producido utilizando energía hidroeléctrica.

Los coches eléctricos son, hoy por hoy, el modo de transporte más eficiente, ya se transforma el 80% de la energía de la batería en movimiento. Además, resulta más económico recargar estos elementos que repostar hidrógeno. “El hidrógeno gris tiene un coste de entre 1 y 2 $ por kilo, mientras que cada kilo de hidrógeno verde se va a los 5-7 $”, apunta Abbotto. Si logramos trasladar las ventajas del hidrógeno “verde” a su fase de producción, los coches deberían utilizar únicamente esta opción. Los proveedores lo comercializan a un precio que ronda los 14€/kg, cifra que puede reducirse a los 9€/kg en lugares con infraestructuras más desarrollada, como Alemania.

En todo caso, el motor de hidrógeno sigue siendo mucho más eficiente que uno de tipo diésel o gasolina. El gasóleo proporciona una pequeña ventaja desde el punto de vista financiero respecto al hidrógeno, pero sus beneficios medioambientales deberían anteponerse a un mayor coste. Ahora bien, sí es cierto que el hidrógeno es menos beneficioso para el transporte ligero en comparación con la movilidad eléctrica procedente de fuentes renovables. Las ventajas ambientales son idénticas, pero la disponibilidad de una red de recarga decanta la balanza, por ahora, hacia esta última alternativa.

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