Es común que al hablar de los vehículos eléctricos con baterías, surjan también preguntas sobre el hidrógeno verde y su avance en la transición a un transporte más limpio. Por ello, en este artículo abordaremos el hidrógeno verde, su estado de desarrollo y una opinión sobre su futuro. Es importante notar que es una tecnología que aún está en etapas muy iniciales de desarrollo, por lo que a futuro el panorama podría cambiar.
Hidrógeno: ¿no es algo conocido ya?
Si vamos a la tabla periódica que estudiamos en la escuela, el primer elemento que aparece en ella es el Hidrógeno. El hidrógeno es realmente el elemento más común en el universo (fuente), y ya es usado en múltiples aplicaciones, siendo las principales en refinerías e industrias, además de fertilizantes (fuente).
El problema es que hoy, no todo el hidrógeno es producido de igual manera. Dentro de la escala de contaminación, sólo un 1% de la producción mundial de hidrógeno es en electrolizadores a base de energías renovables (fuente). Del resto, la gran mayoría es producido con gas natural y carbón (hidrógeno gris y negro).
Hidrógeno verde: ¿entonces qué es?
El hidrógeno verde es aquel producido sin emitir gases de efecto invernadero. Hoy, el método más utilizado para ello es la electrólisis, que usa electricidad, agua y sal, y como derivado del proceso obtiene hidrógeno y oxígeno. Para que sea “verde”, la fuente de energía de esta electricidad debe venir de fuentes renovables (fuente).
Hoy en día se plantean diversos usos potenciales para el hidrógeno verde, como se ve en la gráfica a continuación. Entre ellos, están el transporte, industrias, calefacción y generación eléctrica.
Puntos a favor para el hidrógeno verde
La oportunidad de las energías renovables y el vertimiento
Uno de los factores más comentados para aprovechar el hidrógeno verde es como una forma de capturar la energía limpia que día a día se “vierte” (se “bota a la basura”) por diversos motivos como exceso de generación y congestión en las redes de transmisión. En este caso, en lugar de “botar” esta electricidad, la idea es aprovecharla para generar hidrógeno que luego puede ser usado nuevamente para generar electricidad en las horas donde la generación renovable (sobre todo solar y eólica) es menor.
Este escenario podría ser más o menos conveniente según las características de cada sistema eléctrico. Como ejemplo, en Chile el vertimiento de energías renovables no convencionales para el año 2022 fue de sobre 7% (fuente), y en 2023 seguramente será aún mayor.
Ahora bien, cuando evaluamos esta opción, el escenario de comparación no debe ser la simple pérdida de la energía, sino que otras alternativas de almacenamiento de energía. En esto, se ha visto que el almacenamiento de energía en baterías o en agua caliente tiene mejores resultados.
Mantener el status quo
Siendo más fácil mantener las cosas en la forma que siempre se han hecho, el hidrógeno como combustible para vehículos tiene dinámicas similares a los motores actuales de combustión: la recarga en estaciones es rápida, el motor (en algunos casos) también suena, y hay un tanque que almacena el energético. Además, se argumenta que mantener una cadena de suministro similar a las de combustión actuales, ayudaría a proteger cientos de miles de empleos.
Este punto en particular es discutible, dado que el status quo no es sinónimo de lo óptimo para la sociedad y el planeta. En particular, los cambios que trae la electromovilidad implican puntos positivos, como la mayor disponibilidad de puntos de carga (al estar la electricidad virtualmente en todas partes) y ciudades acústicamente más limpias. Así mismo, la idea de que las nuevas tecnologías destruyen trabajos ya ha sido ampliamente rebatida por la academia (fuente).
Puntos en contra para el hidrógeno verde
Baja eficiencia energética
La electrólisis, el proceso que aplica electricidad al agua para liberar hidrógeno y oxígeno, tiene hoy una eficiencia del 70%. Si a eso le sumamos la pérdida que genera el transporte y almacenamiento del hidrógeno, llegamos a un 52% de la energía inicial. Si aplicamos el hidrógeno al transporte, de esa energía que entra al estanque del vehículo a hidrógeno, se logra aprovechar solo el 40% en movimiento, terminando con un 21% de la energía inicial (25% si sumamos el freno regenerativo). https://cleantechnica.com/2020/06/10/this-stunning-chart-shows-why-battery-electric-vehicles-win/
Si comparamos esta eficiencia con los otros dos métodos predominantes, un vehículo a combustión interna alcanza hoy una eficiencia del 16% desde el petróleo pero a un precio de la energía menor. Por otra parte, el vehículo eléctrico logra una eficiencia del 75%, que puede llegar al 90% si sumamos el freno regenerativo.
Así, un vehículo eléctrico termina con un costo por km 4 veces menor que el vehículo de hidrógeno. Si bien la expectativa es que el hidrógeno siga creciendo en eficiencia, lo mismo es cierto para los vehículos eléctricos.
¿Es un vehículo a hidrógeno un “vehículo eléctrico”? En el caso de los modelos que cuentan con “celdas de combustible” (FCEV por sus siglas en inglés), sí son considerados como eléctricos en cuanto su motor de tracción es eléctrico, pero el suministro de energía viene en forma de hidrógeno en lugar de electricidad. En este artículo, para fines de simplificar el análisis comparativo, usamos el término “vehículo eléctrico” para referirnos a los vehículos que son recargados externamente por una fuente eléctrica que alimenta las baterías internas.
Por tanto, alto impacto en la red eléctrica
Dada esta baja eficiencia energética, otro punto en contra para el hidrógeno verde es su alto impacto en la red eléctrica para lograr el mismo resultado que un vehículo a baterías. Si comparamos la cantidad de energía que requiere un vehículo para moverse 100 kilómetros, en el caso de un vehículo eléctrico son 144kWh, mientras que en el caso del vehículo a hidrógeno, si usa hidrógeno verde requiere más de 700kWh de energía. Es decir, tiene un impacto 5 veces mayor en el sistema en general (fuente).
Dificultad de transporte
Aunque podría pensarse que las cadenas de suministro actuales para combustibles fósiles podrían usarse para el hidrógeno (gasoductos, barcos, etc), la realidad es que el desarrollo del hidrógeno para usos de larga distancia requerirían el desarrollo de toda una nueva infraestructura de transporte (fuente). Entre los factores que llevan a esto están (fuente):
- Alta volatilidad, que hace que “se escape” por cualquier recoveco.
- Muy baja densidad energética por volumen (4 veces menor que la de los combustibles fósiles tradicionales), a diferencia de la densidad energética por peso (mayor a la de los combustibles fósiles).
- Muy altos requisitos para lograr transportarlo (estructuras que deben aguantar mucha presión, una muy baja temperatura, etc).
- Altos niveles de energía requerida para formas alternativas de transporte.
- Problemas de seguridad, ya que es altamente explosivo.
Uso actual ya masificado que debe “hacerse verde” antes de sumar un nuevo uso
Hoy el mundo usa casi 100 millones de toneladas de hidrógeno, lo que pone de relieve una gran necesidad de “limpiar” ese hidrógeno ya en uso antes que agregar nuevas formas de uso. Esto impactaría directamente en la reducción del 2% de las emisiones de CO2 a nivel mundial.
Alto precio
Todo lo anterior se traduce en un alto precio. Hoy, la producción de hidrógeno verde tiene un costo promedio de entre 3 a 8 USD/Kg (fuente), mientras que el mínimo avance que debe lograr es bajar de la barrera de los 2 USD/Kg (fuente). Sin embargo, el verdadero punto de costo que debe lograr vencer es 1 USD/Kg, que es el costo de producción de hidrógeno en base a gas, y esto podría alcanzarse recién al 2050 (fuente).
Los posibles usos para el hidrógeno verde
Dado el gran interés que ha generado el hidrógeno verde, la firma de Michael Liebreich (fundador y colaborador senior de BloombergBNEF) decidió realizar la “escalera del hidrógeno”, que muestra la factibilidad de los distintos posibles usos del energético. Si quieres ahondar en el tema, puedes ver su artículo en LinkedIn.
Escalera del hidrógeno, donde “A” es que no hay alternativa al hidrógeno, y “G” es la “fila de la condenación”, haciendo referencia a usos donde nunca será viable. Fuente: Michael Liebreich/Liebreich Associates, Clean Hydrogen Ladder, Version 5.0, 2023. Créditos del concepto: Adrian Hiel, Energy Cities. CC-BY 4.0
Transporte: Aviación y navíos
Para el transporte por aire y mar, algunos usos del hidrógeno parecen favorables. En el caso de aviones jet, posiblemente los biocombustibles sean una alternativa más económica pero con una oferta limitada por la disponibilidad de recursos, abriendo la puerta al uso combinado con hidrógeno. Así mismo, los grandes navíos podrían utilizarlo en forma de amoníaco o metanol.
Energía: Almacenamiento de energía para estabilidad de la red eléctrica
En este caso de uso, el hidrógeno se plantea como una fuerte opción para almacenamiento de larga duración (más de 48 horas), para casos como desastres naturales y otros similares. En el caso de almacenamiento de corta duración, se considera que hay mejores alternativas.
Maquinaria fuera de ruta
Este prometía ser un buen caso de uso para el hidrógeno verde, pero las cadenas de suministro para llevar el hidrógeno verde al punto de consumo son muy complejas dado su bajo valor energético por volumen.
En duda: Camiones de larga distancia, generadores, industrias que trabajan con altas temperaturas
Los camiones de larga distancia podrían ser un uso, por ver si realmente el hidrógeno logra sobreponerse a la tecnología de baterías, dado el desafío de autonomía. Los generadores de hidrógeno también ingresan como una alternativa donde en ciertos nichos podrían ser viables. Por último, ciertas industrias que trabajan a altas temperaturas con una gran intensidad energética podrían requerir un impulso adicional que el hidrógeno podría satisfacer.
Otros usos
Como muestra la escalera, es casi inviable que el hidrógeno crezca en usos como los autos y procesos de mediana y baja intensidad energética. Esto principalmente por las desventajas que ya expusimos más arriba.
Conclusiones: ¿qué esperar del hidrógeno verde?
Como hemos abordado en el artículo, las expectativas con el uso de hidrógeno verde para descarbonizar todo tipo de casos de consumo energético no son positivas. Las desventajas que tiene hoy el hidrógeno no son solo económicas, sino también de carácter físico y químico, lo que dificulta la mejora en sus resultados. Por eso, aún no es capaz de solucionar aplicaciones de transporte terrestre, aunque sí tiene oportunidades futuras en transporte marítimo, aéreo y en capacidad de almacenamiento eléctrico de largo aliento.
Pero entonces, ¿por qué hay tanto interés e inversión en su desarrollo? Si bien es difícil entender las motivaciones de cada actor, hay quienes se han esforzado en la investigación para lograr avances significativos como Japón, la Unión Europea e incluso empresas como Toyota, que ha dicho en variadas ocasiones que su visión para el futuro de la movilidad incluye el hidrógeno. Sin embargo, aún deben sortear grandes barreras para lograr el resultado esperado del aporte del hidrógeno verde en la descarbonización mundial.
Ahora bien, esta es una tecnología en pleno desarrollo, por lo que estaremos expectantes a ver cómo se desenvuelve… por nuestra parte, en Enerlink pensamos que no será un real competidor a la electromovilidad en base a baterías, pero sí es probable que en los usos ya mencionados, y sobre todo en el reemplazo de los usos actuales de hidrógenos “sucios”, será un muy buen complemento para las metas de descarbonización generales que debemos lograr por el planeta.