El futuro del hidrógeno está aquí

Durante años, el prospecto de usar el hidrógeno como una fuente de energía ampliamente disponible y limpia no era más que un sueño inalcanzable. Ahora, más investigaciones e innovaciones están mostrando que podría convertirse en una realidad más pronto de lo que se esperaba. Los científicos han descubierto maneras de convertir el agua en hidrógeno útil mediante un proceso llamado electrólisis, el cual separa los elementos del hidrógeno y del oxígeno en el agua utilizando una corriente eléctrica. Un gran avance tecnológico reciente que reduciría ampliamente los costos del hidrógeno y mejoraría la eficiencia de su uso podría construir el camino hacia el futuro de la humanidad con una energía limpia. 

¿Qué es la energía de hidrógeno?

El hidrógeno es un gas que, cuando se quema en en una celda de combustible junto con el oxígeno, produce tanto calor y electricidad, con agua como un subproducto. Más importante todavía, se quema de manera limpia, sin producir emisiones de carbono u otra forma de contaminación. De hecho, el hidrógeno tiene la ventaja sobre otras fuentes renovables de energía, como el viento y el sol, porque produce niveles altos de calor que son necesarios para los procesos industriales y que no puede ser provista de manera costo-efectiva por las energías renovables. 

¿Por qué ha demorado tanto?

Desafortunadamente, el hidrógeno se ha enfrentado a dos barreras fundamentales a su uso y comercialización a gran escala. Primero, a pesar de ser el elemento natural más abundante en la atmósfera, no se encuentra en suficientes cantidades como un gas en la tierra. Extraer hidrógeno del metano o del agua ha sido tradicionalmente algo muy ineficiente que requería de grandes cantidades de electricidad a un costo prohibitivo, por lo tanto no se ha logrado que el hidrógeno sea competitivo frente a otras fuentes de energía. 

Segundo, el hidrógeno es tanto altamente inflamable y muy ineficiente para ser transportado a través de largas distancias (esto es, los tanques para almacenar hidrógeno tendrían que ser sumamente grandes y costosos). Sin embargo, de la misma manera que el gas natural es convertido en gas natural licuado (LNG) para propósitos de transportación donde las tuberías no están disponibles o son inadecuadas (como a través de los océanos), las investigaciones recientes han demostrado que el hidrógeno podría ser convertido en amoníaco, el cual tiene una densidad energética tres veces superior y es mucho menos inflamable, potencialmente evitando los desastres de hidrógeno como la explosión de Hindenburg. El amoníaco ya es ampliamente usado para propósitos comerciales, como en la industria petroquímica o la agricultura, y la infraestructura de producción y distribución ya existe a gran escala.  

¿Cuál es el gran avance respecto del hidrógeno?

Primero, conforme las fuentes de energía limpias están volviéndose cada vez más baratas a gran escala, el costo de crear hidrógeno verde vía la electrólisis está cayendo. Este proceso, que requiere amplias cantidades de electricidad, cada vez más está siendo propulsado por las energías renovables. Por ejemplo, los proyectos recientes de hidrógeno en las universidades de Newcastle y Iowa están derivando electricidad de paneles solares de la zona, los cuales luego le proveen energía al proceso electrolítico para crear hidrógeno. 

Segundo, la innovación reciente más importante de hecho proviene del proceso electrolítico en sí mismo. Hasta ahora, separar el hidrógeno del agua ha requerido metales raros y caros como el iridio, que solo puede soportar el proceso electrolítico durante periodos cortos de tiempo. Esto es muy ineficiente, conforme el iridio muchas veces simplemente se disuelve, haciendo que la oferta de hidrógeno sea inútil. Sin embargo, un equipo de investigaciones de la Escuela Monash de Química ha desarrollado una nueva base de electrodos con metales baratos y abundantes que son capaces de soportar el proceso electrolítico requerido para los niveles industriales de producción de hidrógeno. Este descubrimiento es potencialmente revolucionario, conforme remueve el obstáculo de costo y eficiencia más importante para que el hidrógeno sea ampliamente comercializado como una fuente limpia de energía. 

¿Qué significa esto para el planeta?

Los procesos químicos iniciales han dependido de la energía termal en la forma del gas natural para producir hidrógeno, porque la electrólisis ha sido relativamente costosa. De hecho, 95 por ciento de la actual producción de hidrógeno proviene del gas natural. Y mientras que el gas natural todavía podría ser una manera viable de producir hidrógeno de manera costo-eficiente, si agrega los costos adicionales de transacción de tener que secuestrar el dióxido de carbono que es generado como un subproducto. Las tecnologías emergentes de hidrógeno primero extraen energía del sol para luego propulsar la electrólisis del agua. Eso significa que la producción energética de hidrógeno a partir del agua y del sol es teóricamente infinitamente renovable, a diferencia del gas natural, que es teóricamente de oferta limitada.

Además, porque el hidrógeno se quema de manera limpia, y la electricidad utilizada para iniciar el proceso cada vez más proviene de fuentes renovables, el potencial de reducir las emisiones globales es enorme. El transporte, la industria, y los edificios producen más de la mitad de las emisiones globales al año. Todos estos sectores podrían de manera realista derivar su energía del hidrógeno. Especialmente la industria pesada, que constituye un quinto de todas las emisiones, podría ganar de estos nuevos avances, conforme el calor extremo requerido para obtener la energía para fabricar acero, cemento u otros químicos no puede ser satisfecha de manera costo-efectiva con las energías renovables únicamente. Usar el hidrógeno para estos procesos mantendría la eficiencia y la costo-eficiencia de los combustibles fósiles, sin las emisiones. Sin el hidrógeno, es difícil imaginarse un mundo donde las renovables aborden de manera adecuada las emisiones industriales.

¿A dónde vamos desde este punto? 

A pesar de estas innovaciones recientes, el hidrógeno todavía es relativamente caro. Bloomberg recientemente ubicó su precio en alrededor de $2,50-4,50 por kilogramo y estima que el hidrógeno necesitará caer a $1 para tener un costo competitivo. La buena noticia es que la innovación y el ingenio humano están realizando avances significativos. El Consejo de Hidrógeno estima que los precios caerán en alrededor de un 60 por ciento para 2030, en gran medida debido a las innovaciones delineadas en este artículo. Además, sumada al progreso en los procesos electrolíticos del hidrógeno, una mayor eficiencia se podría lograr mediante una mayor innovación en las energías no renovables, así como también el potencial de electricidad abundante y barata proveniente de pequeños reactores modulares y la fusión nuclear. 

Es alentador que el sector privado está sumamente interesado en el hidrógeno. La mayoría de los principales jugadores en la industria alrededor del mundo están invirtiendo en la investigación y desarrollo, y algunos incluso están construyendo sus primeras plantas, desde NextEra en Florida hasta Toshiba en Fukushima, mientras que ANT Energy Solutions está desarrollando están desarrollando electrolizadores portátiles de hidrógeno en Australia. Cada vez más, estas corporaciones están logrando economías de escala y perfeccionando una tecnología que bien podría representar el futuro de la energía.

Este artículo fue publicado originalmente en HumanProgress.org (EE.UU.) el 13 de octubre de 2020.