Hidrógeno, ¿el combustible del futuro?

El hidrógeno es el primer elemento de la tabla periódica, el más ligero, incoloro, inodoro e insípido y en condiciones normales su estado es gaseoso. Se trata de un elemento que constituye el 75% de la materia del universo y existe en abundancia en nuestro planeta, pero no en estado puro, sino que se encuentra combinado con otros elementos como por ejemplo con el oxígeno (con el cual forma agua). Esto significa que el hidrógeno no es un combustible que podamos obtener directamente del medio natural sino que se trata de un “vector energético”, al igual que la electricidad, que tiene que ser producido a partir de diversas materias primas, utilizando distintas fuentes de energía a través de distintos procedimientos. Por lo tanto el hidrógeno puede ser considerado como el análogo químico de la electricidad y el único combustible verdaderamente limpio[1].

En la actualidad más del 90% del hidrógeno que producimos es obtenido a partir de combustibles fósiles, aunque lo deseable sería obtenerlo a partir de agua puesto que si esta energía es obtenida a través de productos químicos o derivados del petróleo, dicha utilización carecería de sentido puesto se estarían empleado procesos “sucios” y contaminantes de fabricación. Es por ello que para que podamos seguir hablando del hidrógeno como combustible sostenible y respetuoso con el medio ambiente en primer lugar hay que analizar qué medios se van a utilizar para generar la electricidad que posteriormente se empleará para poder extraer el hidrógeno del agua mediante electrolisis; en este sentido existen principalmente dos opciones: la primera opción consistiría en utilizar conjuntamente la energía eólica y la fotovoltaica y la segunda consistiría en utilizar la energía nuclear[2] (sin embargo esta opción no cuenta con prácticamente ninguna aceptación social). En este sentido cabe señalar que el hidrógeno producido mediante electrolisis será tan “limpio” como “limpia” sea la electricidad empleada en su producción.

En relación a la utilización de la energía fotovoltaica para realizar la electrolisis los científicos de la Universidad de Stanford han publicado recientemente un estudio en el que se describe un nuevo método con el que se podría generar hidrógeno a partir de agua y sol y cuyo coste económico sería similar al del hidrógeno obtenido a través de los combustibles fósiles al lograr incrementar la eficiencia de la electrolisis solar, en este sentido los investigadores del Laboratorio de Energías Renovables de Golden (Colorado) aseguran que el denominado “Método Stanford”, consistente en una especie de fotosíntesis artificial, ha ofrecido los resultados más prometedores de los últimos 40 años en este campo.

La energía obtenida a partir del hidrógeno, al ser una de las energías que cuenta con mayores índices de sostenibilidad, se proyecta como una energía que puede llegar a sustituir a los combustibles fósiles, especialmente en el sector de la automoción puesto que, como el hidrógeno se encuentra en grandes cantidades en nuestro planeta y su proceso de producción es relativamente fácil pudiendo ser realizado en cualquier país, ya no tendríamos que depender de los proveedores de energía mundiales, lo cual originaría importantes cambios geopolíticos.

Los fabricantes de automóviles se encuentran inmersos en una carrera tecnológica para lograr adaptar sus diseños a motores eléctricos alimentados mediante pilas de combustible[3] que utilicen hidrógeno, todo ello para tratar de buscar una alternativa al petróleo.

En este sentido la marca BMW tiene previsto que para el año 2020 el 20% de los vehículos fabricados utilicen como combustible hidrógeno obtenido a partir de energías renovables mediante un proceso completamente limpio[4]. Por su parte, la marca Daimler-Chrysler, a diferencia de BMW, está apostando por la utilización de metanol procedente de biomasa como biocarburante para separar el hidrógeno al ser más barato y fácil de transportar que el hidrógeno líquido, si bien contamina más que este último. Para que estos vehículos, que ya han demostrado la viabilidad del uso de nitrógeno como combustible, sean competitivos solo es necesario que empiecen a fabricarse de forma masiva.

A pesar de todo lo hasta aquí expuesto el hidrógeno tiene que superar numerosos problemas a la hora de poder consolidarse como lo que muchos ya denominan “el combustible del futuro”. Siendo el principal reto al que se enfrenta el tratar de disminuir la dificultad actual a la hora de asegurar un suministros adecuado de hidrógeno limpio a precios competitivos y crear una red general de distribución del mismo.

Asimismo también es un gran inconveniente el hecho ya expuesto de que no existe hidrógeno en estado “puro” en la naturaleza y que dicho elemento tenga que ser producido, puesto que ello origina una dificultad añadida a la hora de competir con otro tipo de combustibles más abundantes y sobre todo disponibles (como por ejemplo los hidrocarburos, aunque cada vez son menos abundantes). Sin embargo los métodos de producción del hidrógeno están evolucionando considerablemente mejorando su eficacia y reduciendo sus costes.

Otro problema lo encontramos en que al tener el hidrógeno menos energía por unidad de volumen que otros combustibles sus costes de distribución son más altos; es por ello que en la actualidad es producido cerca de los puntos de consumo -por lo general en grandes plantas industriales-  distribuyéndolo mediante tuberías o por transporte terrestre. Es por ello que para lograr que el hidrógeno se consolide como combustible será necesario una  red de transporte y distribución mucho más amplia. En este sentido que el hidrógeno se distribuya mediante una red de tuberías no es una solución muy compleja, aunque la construcción de dichas infraestructuras tendría un coste económico muy elevado si bien actualmente se está barajando la posibilidad de aprovechar las infraestructuras de distribución de gas natural.

El almacenamiento del hidrógeno en aplicaciones en las que el espacio es limitado también es un problema; esto se traduce, en el caso de los automóviles, en un problema de autonomía puesto que debido a la baja densidad energética del hidrógeno serían necesarios depósitos de combustible mucho más grandes para lograr la misma autonomía que se obtiene con los combustibles procedentes de los hidrocarburos. Las actuales soluciones a este problema consisten en utilizar hidrógeno líquido o presurizado, si bien ambas opciones presentan problemas de seguridad y de repostaje.

Asimismo, al ser el hidrógeno un gas incoloro e inodoro es prácticamente imposible de detectar por el ser humano y su amplio margen de inflamabilidad unido a su baja energía de ignición favorece la aparición de incendios. La mayoría de los gases tienden a enfriarse cuando se expanden, sin embargo el hidrógeno tiene un comportamiento anómalo que hace que se caliente cuando se expande y es por ello que en los casos de escape, al aumentar su temperatura y entrar en contacto con el oxígeno del aire existe un alto riesgo de explosión. Para solucionar este problema debemos partir de la realización de estrictos controles de seguridad en relación al uso de hidrógeno como combustible.

A modo de conclusión podemos señalar que el hidrógeno no es tóxico ni contaminante, no mancha ni huele y con el uso de la tecnología adecuada su uso y producción no perjudica el medio ambiente. Se trata de un elemento que ya ha realizado numerosos aportes a nuestra sociedad y cuenta con un gran índice de sostenibilidad por lo que es uno de los combustibles con un futuro más prometedor y es muy probable que sea solo cuestión de tiempo que se convierta en el combustible principal de todas las sociedades del planeta.

En la Unión Europea se ha creado un proyecto comunitario[5] que estudia la viabilidad del hidrógeno como combustible para el transporte con el objetivo de tratar de reducir la contaminación atmosférica y desde hace unos años podemos encontrarnos en Madrid, Barcelona y en otras grandes ciudades europeas autobuses movidos por hidrógeno.

FUENTES:

[1]    El único problema de contaminación que presenta el hidrógeno es leve, y consiste en que cuando dicho elemento arde dentro de una máquina puede (no siempre) producir óxido nitroso. Este fenómeno se origina cuando el nitrógeno del aire se combina con el oxígeno no quemado en los motores de combustión interna.

[2]    En relación al uso de la energía nuclear debemos señalar que si se aprovecha el calor residual de la planta para realizar la electrolisis el coste asociado a la producción de hidrógeno sería muy bajo.

[3]    La pila de combustible consiste en una batería que, mediante el hidrógeno, genera electricidad de forma constantemente por la reacción del oxígeno del aire con el hidrógeno almacenado en un depósito. Esta reacción genera agua que se utiliza para refrigerar la pila y la energía liberada se utiliza para alimentar los motores eléctricos que mueven el vehículo.

[4]    BMW está apostando por la energía solar para para separar el hidrógeno, y es por ello que la marca se encuentra involucrada en la construcción de una gran central fotovoltaica en el desierto californiano de Mojave.

[5]    Programas de lanzamiento rápido (Quick Start) – http://europa.eu/eur-lex/fr/com/rpt/2003/com2003_0690fr01.pdf