Hidrógeno: un vector energético, no una fuente de energía
Casi todas las discusiones sobre el hidrógeno se disuelven en cuanto se hace una distinción: el hidrógeno no es una fuente de energía, es una forma de transportarla. Nadie extrae hidrógeno. La energía contenida en un kilogramo la puso otra cosa -un reformador o un electrolizador- y parte de ella se perdió por el camino.
De dónde sale el hidrógeno
El hidrógeno es el elemento más abundante del universo y está casi ausente como gas libre en la Tierra, porque es lo bastante ligero para escapar de la atmósfera y lo bastante reactivo para acabar ligado en agua e hidrocarburos. Cada kilogramo de uso industrial se ha arrancado de uno de esos compuestos.
El reformado de metano con vapor lo hace con gas natural y vapor a unos 800 grados, produciendo hidrógeno y dióxido de carbono. Es maduro, barato y responsable de la mayor parte de la producción mundial, y emite entre nueve y doce toneladas de dióxido de carbono por tonelada de hidrógeno. Añadir captura a ese proceso es lo que describe el término hidrógeno azul; cuánto se captura realmente varía según la planta y es el fondo de casi todas las discusiones sobre ese color.
La electrólisis, en cambio, separa el agua con electricidad. Se conoce desde principios del siglo XIX y es una tecnología madura, pero resulta más cara que el reformado allí donde el gas es barato. Cuando la electricidad procede de renovables el producto se llama hidrógeno verde, y lo que la etiqueta refleja en realidad es la intensidad de carbono de esa electricidad: una electrólisis alimentada por una red de carbón produce hidrógeno más sucio que el reformado.
Una categoría menor, el hidrógeno blanco o natural, se refiere a acumulaciones geológicas producidas por la reacción del agua con roca rica en hierro. La exploración se ha intensificado desde 2023. Si existe en cantidades comercialmente recuperables es una pregunta abierta, no un recurso establecido.
La cadena de eficiencia
Cada paso de una ruta del hidrógeno se lleva su parte, y las partes se multiplican. Partamos de 100 unidades de electricidad. Un electrolizador moderno convierte quizá 70 en hidrógeno. Comprimirlo a 700 bar para transportarlo o almacenarlo cuesta otro 10 por ciento aproximado del contenido energético. Devolverlo a electricidad en una pila de combustible con un rendimiento del 50-60 por ciento deja entre 30 y 40 de las 100 unidades iniciales.
La comparación que importa es la alternativa. Una batería de ion de litio devuelve unas 90 de esas mismas 100 unidades, y un cable directo cerca de 95. Por eso el hidrógeno pierde con claridad en turismos y calefacción doméstica, donde una batería o una bomba de calor hacen el mismo trabajo con dos o tres veces más eficiencia.
Pero la eficiencia no es la única moneda. El hidrógeno almacena químicamente, así que puede permanecer meses sin autodescarga, y puede moverse en cantidades y a distancias que las baterías no alcanzan. Para el almacenamiento estacional y para los usos en que hace falta el átomo de hidrógeno y no la energía, la pérdida del ciclo es secundaria.
Para qué sirve realmente
El mayor uso existente es el amoniaco para fertilizantes, que consume cerca de la mitad de la producción mundial. No hay forma de fabricar amoniaco sin hidrógeno; el proceso Haber-Bosch requiere el átomo en sí. Descarbonizar el fertilizante significa, por tanto, descarbonizar el hidrógeno, sin alternativa de electrificación disponible.
El acero es el caso más citado y el de mayores consecuencias. La siderurgia convencional usa coque para arrancar el oxígeno del mineral de hierro, liberando dióxido de carbono como producto inevitable de la química. El hidrógeno puede realizar la misma reducción y producir agua en su lugar. Hay plantas de reducción directa con hidrógeno operando a escala de demostración en Suecia y en construcción en Alemania. El acero supone alrededor del siete por ciento de las emisiones mundiales de dióxido de carbono, de modo que lo que está en juego es considerable.
El transporte marítimo y la aviación son los casos donde las baterías se enfrentan a la densidad energética en distancias largas, y el amoniaco o los combustibles derivados del hidrógeno están entre los pocos candidatos. El refino, que ya consume grandes volúmenes de hidrógeno para eliminar azufre, es un mercado existente, no uno nuevo.
Lo que estos casos tienen en común es que ningún cable llega hasta ellos y ninguna batería es lo bastante densa. Ese es el criterio honesto para cualquier aplicación propuesta del hidrógeno, y buena parte del entusiasmo de principios de la década de 2020 no lo superaba.
Transportarlo y almacenarlo
El hidrógeno transporta alrededor del triple de energía por kilogramo que la gasolina y cerca de una cuarta parte por litro comprimido a 700 bar. Esa combinación -excelente en masa, pobre en volumen- determina todo lo relativo a su manejo.
La compresión a 350 o 700 bar es la solución habitual para el transporte por carretera. La licuefacción a 253 grados bajo cero logra mayor densidad pero consume un 30 por ciento o más del contenido energético, por lo que se reserva a casos como la astronáutica. Convertir el hidrógeno en amoniaco para el transporte marítimo y volver a separarlo en destino está en desarrollo activo para el comercio intercontinental.
Los gasoductos pueden transportar hidrógeno y parte de las redes de gas natural existentes son convertibles, aunque el hidrógeno fragiliza ciertos aceros y se fuga por juntas que retienen el metano. La mezcla de pequeños porcentajes en las redes de gas actuales se ensaya en varios países; reduce las emisiones proporcionalmente menos de lo que sugiere la fracción mezclada, porque el hidrógeno lleva menos energía por unidad de volumen.
Las cavernas salinas subterráneas son la opción establecida de almacenamiento a gran escala y llevan décadas conteniendo hidrógeno comercialmente en Texas y el Reino Unido. Son la razón por la que se habla en serio de almacenamiento estacional: una caverna guarda energía a una escala y a un coste por kilovatio-hora que ninguna batería alcanza.
Preguntas frecuentes
¿Es el hidrógeno una fuente de energía?
No. Es un vector. No hay yacimientos de hidrógeno explotables en cantidad útil, así que cada kilogramo se fabrica a partir de metano o agua con energía de otra procedencia, y parte de esa energía se pierde al fabricarlo. Su valor está en almacenar y mover energía, no en proporcionarla.
¿Qué significan los colores?
Describen cómo se fabricó. El gris procede del metano liberando el dióxido de carbono, el azul del metano con captura, el verde de la electrólisis con electricidad renovable. El rosa se refiere a electrólisis alimentada con energía nuclear. La molécula es idéntica en todos los casos; la etiqueta describe su historia.
¿Por qué no usar hidrógeno en los coches?
Por la cadena de eficiencia. De electricidad a hidrógeno y a movimiento se recupera entre una cuarta y una tercera parte de la energía invertida; un vehículo eléctrico de batería devuelve cerca de tres cuartas partes. Donde una batería es lo bastante densa para la tarea, gana ya en la física, antes de plantearse siquiera la infraestructura.
¿Cuánto hidrógeno consume hoy el mundo?
Unos 95 millones de toneladas al año, casi enteramente como materia prima industrial: amoniaco para fertilizantes, refino y metanol. Los usos energéticos son una fracción pequeña, lo que significa que la primera tarea de descarbonizar el hidrógeno es limpiar la producción que ya existe.
¿Es peligroso el hidrógeno?
Es inflamable en un rango amplio de concentraciones y arde con una llama casi invisible, así que exige un manejo distinto al de los combustibles convencionales. También es extremadamente ligero y se dispersa hacia arriba con rapidez, lo que reduce el riesgo de acumulación. La industria lo maneja a gran escala desde hace un siglo; las dudas de seguridad se refieren a los nuevos usos de cara al consumidor, no a la sustancia.
