Hidrógeno verde, ¿qué es?

El hidrógeno verde copa titulares y se alza como la última gran tendencia de la revolución energética, pero ¿sabemos qué es, para qué sirve y cómo se produce?

Nos encontramos en un auténtico reto tecnológico para lograr frenar el impacto de la actividad humana en el planeta. Nuestro vertiginoso desarrollo económico y social –revoluciones industriales mediante- ha ido de la mano de un peligroso auge de nuestra huella de carbono, poniendo en jaque el equilibrio climático y, por tanto, los ecosistemas y vida de nuestro planeta. Una realidad de la que, afortunadamente, cada día somos más conscientes –quizá no lo suficiente- y a la que, como sociedad, queremos poner freno a través de diferentes soluciones que nos permitan dejar de contaminar y dañar nuestro planeta, a la vez que aseguramos una mejora en la calidad de vida de todas las personas.

Así, en las últimas décadas la inversión en innovación y tecnología nos ha permitido desarrollar diferentes soluciones para la generación de energías verdes, la reducción de contaminaciones o la supresión y/o sustitución de las emisiones de componentes nocivos a la atmósfera por otros más inocuos. En resumidas cuentas, el ser humano está tratando, no aún con el consenso global necesario, de frenar una problemática muy relevante tanto para la propia humanidad como para el planeta. Con ello, durante los últimos diez años estamos experimentando cambios revolucionarios en sectores como el transporte, en el que han (re)nacido dos protagonistas: el vehículo eléctrico (hay que recordar que los primeros vehículos eran de motores eléctricos y no de combustión) y el vehículo de hidrógeno. Es justo en este último punto en el que nos queremos detener. Y es que, ¿sabemos qué es el hidrógeno o, aún más complejo, el hidrógeno verde y como este puede cambiar el sector del transporte o al menos una parte fundamental del mismo? Vayamos a por ello.

Como explicábamos, toda actividad deja una huella; algo que se hace patente en nuestro actual modelo de movilidad basado en la combustión de combustibles fósiles. Ya sea diésel, gasolina o queroseno (presente principalmente en aviación), los motores basados en combustión fósil obtienen energía mecánica a través de la energía química de un combustible que arde en una cámara de combustión. Esto supone que ingentes cantidades de gases y partículas contaminantes como los óxidos nitrosos, monóxidos de carbono, dióxidos de carbono, así como otros compuestos orgánicos volátiles y macropartículas de diferentes tipos acaban por irrumpir en nuestra atmósfera; causando un daño más que evidente en nuestra salud y medio ambiente.

Por esto, durante años se ha tratado de buscar alternativas a estos combustibles fósiles de cara a ser utilizadas en nuestros vehículos. Una búsqueda que en los últimas décadas ha resultados en que mayoritariamente podríamos clasificar estas tecnologías alternativas en dos grandes grupos, con grandes diferencias según las tendencias del sector que podemos observar hoy por hoy, y que no pueden ser analizados en un mismo plano, sino según sus particularidades y posibles utilizaciones en un escenario cercano. Así, pasamos a distinguir ambas tecnologías convivientes:

• Motores eléctricos: Su funcionamiento se basa en uno o varios motores eléctricos que, alimentados por baterías, generan resistencia y convierten la energía cinética (movimiento) en corriente alterna, la cual pasa de nuevo por el convertidor para pasar a ser corriente continua y, a su vez, vuelve a ser almacenada en la batería para volver a ser utilizada. Parece que esta solución es la que se está imponiendo como la alternativa a los motores de combustión para los turismos y sus desplazamientos diarios; si bien todavía es pronto para saber cual será su representación en el mercado de los vehículos. Lo que está claro es que es una solución clave para descarbonizar el transporte si esta se apoya en el uso de energías renovables.

• Motor de combustión de hidrógeno: Funciona con una pila de combustible, que encontramos en la parte delantera del vehículo, y que, mediante una reacción química con el oxígeno que se obtiene del exterior del vehículo, produce electricidad para mover el coche. El excedente producido por este proceso es únicamente vapor de agua. Otra cosa es cómo se produce dicho hidrógeno y cuanto contaminamos en dicho proceso productivo, de ahí la importancia del tipo de hidrógeno utilizado. Esta solución parece la idónea para aquellos métodos de transporte que requieren de una alta autonomía y potencia, así como en los procesos industriales intensivos en gas. Es, en este punto, donde entra de nuevo el famoso hidrógeno verde; ahora veremos por qué.

Hidrógeno verde, y otros tipos de hidrógeno para completar un arcoíris 

Como decíamos, la producción y/o obtención del hidrógeno resulta tan importante en este proceso que determina totalmente la huella de carbono que generamos con el uso de cada tecnología. En primer lugar, hay que explicar que el hidrógeno no se trata de un compuesto que se pueda capturar en libertad en nuestro entorno natural, está presente pero no en la cantidad ni forma necesaria para su captura, sino que se trata de lo que en química se denomina como «vector energético», siendo además ligero y fácilmente almacenable. Esto básicamente significa que para su obtención es necesario un proceso sujeto a la utilización de una energía; es decir, que depende de cuál sea la fuente de energía que utilicemos el hidrógeno puede generar una huella de carbono de diferente índole. Pues bien, según de verde sea el proceso de obtención del hidrógeno, más verde será el propio hidrógeno.

Quizá, sabiendo esto, lo más importante sea conocer las diferencias entre los diferentes tipos de hidrógeno que existen dependiendo la manera en la que este es producido. Así, podemos hablar, como si de un cinturón de artes marciales se tratase, de ocho clasificaciones por colores, pese a que el hidrógeno en sí no tiene color como tal, con las siguientes diferencias:

Hidrógeno verde y otros colores del hidrógeno

Hidrógeno negro/marrón

Es el que se produce como resultado de la gasificación del carbono a través de la quema de diferentes minerales carbónicos como el carbón bituminoso (negro), o la hulla y el lignito (marrón). Al basarse en una combustión pura y dura, como parte del proceso químico se liberan diferentes emisiones contaminantes, dióxido de carbono incluido, a la atmósfera. Es por esto que se considera el tipo de hidrógeno más perjudicial para el medio ambiente.

Hidrógeno gris

Nos encontramos ante el color de hidrógeno más común y más sencillo de producir (por ende el más barato), aunque también uno de los que más cantidad de dióxido de carbono libera a la atmósfera. El hidrógeno gris se produce mediante lo que se conoce como reformado de combustibles fósiles, especialmente el gas natural, con vapor (SMR).

Hidrógeno amarillo

El hidrógeno amarillo es aquel en el que la electricidad utilizada para la electrólisis procede de fuentes de generación variadas, incluyendo tanto aquellas basadas en las energías renovables como aquellas que utilizan los combustibles fósiles. La particularidad es que el hidrógeno amarillo también hace referencia a aquel que se produce utilizando energía solar, si bien este quedaría encuadrado en conjunto dentro del verde; de hecho, podríamos argumentar que es una tonalidad del hidrógeno verde.

Hidrógeno azul

Hidrógeno turquesa

Se obtiene a través de un revolucionario método, divulgado por la compañía industrial japonesa Ebara, que permite extraer el metano contenido dentro del gas natural y el biogás mediante la pirólisis del metano. Como resultado, el carbono producido en el proceso acaba en estado sólido y no es liberado a la atmósfera, no siendo necesaria su recaptura y almacenamiento y pudiendo ser aprovechado en la fabricación de otra serie de productos de utilidad basados en carbono, como los fertilizantes.

Pese a todo, este proceso se encuentra aún en fase de desarrollo; por lo que no se puede evaluar ni producir a la altura del resto de colores del hidrógeno.

Hidrógeno rosa

Este es un tipo de hidrógeno que aparece por electrólisis del agua, rompiendo la molécula del agua para obtener hidrógeno y oxígeno, con una gran particularidad: la energía eléctrica utilizada en el proceso es nuclear. Se trata de un hidrógeno casi sostenible, dado que su huella medioambiental está únicamente relacionada con la propia energía nuclear.

Hidrógeno verde

Este tipo de hidrógeno es nuestro gran protagonista de hoy. Se trata de aquel que se produce mediante el método de electrólisis, rompiendo la molécula del agua para obtener hidrógeno y oxígeno con una particularidad: solamente emplea corriente eléctrica de origen renovable. Es decir, el hidrógeno verde es el único que se obtiene con energía 100% limpia como la fotovoltaica (amarillo), eólica o hidroeléctrica y no produce ningún tipo de emisión directa de dióxido de carbono a nuestra atmósfera.

Hidrógeno blanco

Cuando hablamos de hidrógeno blanco, hablamos de aquel que se encuentra libre de manera natural, normalmente en forma gaseosa en la atmósfera y, en algunas ocasiones en depósitos subterráneos. El gran problema es que este tipo de hidrógeno no cuenta con una estrategia tecnológica que nos permita su aprovechamiento a gran escala, por lo que resulta inservible para nuestro fin.

¿Cómo se produce el hidrógeno verde?

Como hemos visto, existe toda una multitud de procesos que como resultado generan hidrógeno, si bien no todos se pueden considerar sostenibles como tal. Es por esto que, con afán de aclarar cómo se produce el H2, nos vamos a centrar en tratar de desentrañar cómo se fabrica el protagonista principal de este artículo: el hidrógeno verde.

Veamos, el hidrógeno no deja de ser un elemento químico de la tabla periódica –concretamente el primero de la lista- que, en este caso, se obtiene a través de la separación de las moléculas que forman el agua (H2O) mediante un proceso de disociación de dichas moléculas por contribución de la electricidad. Este proceso, llamado electrolización, permite separar las moléculas de hidrógeno de las de oxígeno, y en el caso del hidrógeno verde se hace gracias a la energía eléctrica generada por cualquier fuente de energía renovable (principalmente energía eólica y/o fotovoltaica).

Hidrógeno verde, ¿cómo se fabrica?

De esta manera, la corriente eléctrica es aplicada de manera continua dentro de dicho electrolizador, proceso para el que previamente debemos convertir dicha corriente de alterna a continua gracias a la electrónica de potencia y a unos aparatitos llamados rectificadores. Para que dichos rectificadores operen en los niveles adecuados de corriente y tensión alterna que llega de la red, estos deben estar protegidos ante posibles alteraciones; por lo que utilizamos centros de transformación, equipados con celdas de protección de red, así como transformadores para adecuar los niveles. Algo que les convierte en elementos clave para el correcto funcionamiento y que requiere de un nivel tecnológico e innovativo elevado. Con todo, en este proceso se abren dos disyuntivas:

1. En el caso de que el proceso de electrolización se haga mediante conexión a la red de distribución eléctrica, el acoplamiento se realizará mediante centros de conexión y seccionamiento a las redes de distribución pública.
2. En el caso de que el proceso de electrolización parta de las redes de transporte eléctrico, requerimos de subestaciones eléctricas; ya que debemos transformar la electricidad de alta a media tensión; garantizando la seguridad del proceso en todo momento y su correcto funcionamiento.

En cualquiera de los casos, el esquema básico sería el de una cantidad X de agua almacenada y/o transportada a una planta de generación de hidrógeno que pasa por un electrolizador para ser sometida a un proceso de separación molecular, sirviéndose de energía eléctrica de origen renovable, que rompe su composición molecular inicial. Es, tras dicha separación, cuando el oxígeno se almacena, para su uso industrial o médico, y/o expulsa de la ecuación vía atmosférica, mientras que el hidrógeno es enviado a tanques de almacenamiento, donde se conserva en estado de gas comprimido, o licuado para su uso en industrias o pilas de combustible de hidrógeno.

Este es el viaje que permite que una simple gota de agua pueda convertirse, energía renovable e infraestructura eléctrica mediante, en un combustible verde y cuyas emisiones son inexistentes. He ahí la gran importancia del desarrollo de esta industria.