El arcoíris del hidrógeno

El hidrógeno es el primer elemento químico de la tabla periódica y el más común del universo. Es un gas incoloro, inodoro y que rara vez se encuentra en estado puro en la naturaleza. Esta sustancia está llamada a ser una de las principales fuentes de combustible de las próximas décadas y un elemento fundamental para que podamos lograr la descarbonización de la economía.

La importancia que tiene este recurso que la industria lleva empleando desde los años cuarenta del siglo pasado es vital para realizar la transición eléctrica del transporte y la industria, las dos mayores fuentes de emisiones de gases de efecto invernadero a día de hoy. Pero ¿por qué esta sustancia es tan importante? ¿De qué forma podemos obtenerla?

"El aspecto fundamental del hidrógeno es su capacidad para almacenar la energía por largos periodos de tiempo", explica Tomás Malango, director de Hidrógeno y Combustibles Renovables de Repsol. "El hidrógeno renovable nos permite transformar la energía renovable en una sustancia, un portador químico y almacenarlo por mucho tiempo, para consumirlo más adelante", agrega. 

La principal ventaja que presenta el hidrógeno es que no es necesario aplicar demasiadas reformas en las infraestructuras para poder ser utilizado. Un ejemplo reciente que ha acaparado toda la atención mediática es el hidroducto (conducto que transporta hidrógeno) que han acordado construir Portugal, España y Francia para conectar Barcelona y Marsella. Esta instalación servirá para exportar hidrógeno renovable desde la península ibérica al resto del continente. Sin embargo, en su diseño se está planteando adaptarlo al envío de gas natural durante la primera etapa.

El segundo beneficio es que el hidrógeno, al utilizarse como combustible, emite vapor de agua en vez de dióxido de carbono. "La combinación de biocombustibles avanzados, combustibles sintéticos e hidrógeno renovable es la opción tecnológica más competitiva para superar los desafíos de la descarbonización en sectores donde actualmente la electrificación no es viable, como el transporte pesado, la aviación, el transporte marítimo o la industria del acero o la construcción", apunta Malango.

"En la actualidad, se producen unos 90 millones de toneladas de hidrógeno cada año", señala Javier Brey, presidente de la Asociación Española del Hidrógeno (AeH2). Según cifras de Repsol, en 2021 la demanda de hidrógeno en España fue de 500.000 toneladas de las que el 98% se produjeron a partir de hidrocarburos.

A día de hoy, el hidrógeno se utiliza, fundamentalmente, como un componente de la industria química, pero en el futuro cercano se quiere usar para sustituir los carburantes actuales en los motores de combustión y en las fábricas.

El hidrógeno es la sustancia más común del universo porque es la fuente de combustible utilizada por las estrellas para producir energía. Sin embargo, en la Tierra es muy complicado encontrar bolsas de este elemento de manera pura. Generalmente, se junta con otros átomos como el oxígeno, el carbono o el nitrógeno para producir moléculas como el agua (H20), el metano (CH4) o el amoníaco (NH3).

A partir de diferentes técnicas y fuentes de combustibles, se pueden romper dichas moléculas y obtener el hidrógeno en su estado natural (H2). Dependiendo del tipo de fuente y técnica, se le asocia un color para clasificar a ese tipo de hidrógeno producido. Sin embargo, este "arcoíris del hidrógeno" no está reconocido por ningún organismo, ni las instituciones lo dan por válido. "La clasificación por colores, como el hidrógeno verde, rosa o azul, no es oficial. No es un estándar ni de la ISO, ni de Aenor, ni de la UNE, ni de la Agencia Internacional de la Energía", advierte Brey. 

El presidente de AeH2 señala que esta clasificación surgió a finales de la década pasada, en paralelo al aumento del interés por la economía del hidrógeno. "Primero fue el hidrógeno verde, que es el de fuentes renovables. En contraposición, surgieron el gris, el marrón y el negro, que son los que provienen del gas natural, el lignito y el carbón negro y que son los más usados actualmente. Luego, cada actor de la industria quiso inventarse su propio color. Pero ninguno es oficial, lo cual es un problema tanto para el que la vende como para el que la compra", razona el experto.

Para obtener el hidrógeno, se emplean fundamentalmente tres técnicas distintas: electrólisis, que consiste en romper los enlaces que hay entre los átomos de una molécula usando energía eléctrica. En la industria del hidrógeno, se usa para dividir las moléculas de agua y obtener hidrógeno y oxígeno; reformado con vapor, la técnica más empleada en el mundo. Es un método de obtención de hidrógeno usado a partir de hidrocarburos. Consiste en producir una reacción química a alta temperatura entre el agua y el metano (principal componente del gas natural) para producir hidrógeno y dióxido de carbono; pirólisis, una técnica similar a la electrólisis, pero usando calor. En este caso, se somete a alta temperatura el metano para obtener hidrógeno y carbono sólido, que es altamente contaminante e inflamable.

Diferentes técnicas para el 'arcoiris'

Existen otras técnicas como la gasificación del carbón, que produce syngas o gas sintético, compuesto de dióxido de carbono e hidrógeno mediante un proceso químico de oxidación. Además, se investigan otras fórmulas de obtener hidrógeno a partir de fuentes alternativas. Enagás y Repsol han puesto en marcha una planta piloto en el centro de tecnología que Repsol posee en Móstoles, el Repsol Tech Lab, para producir hidrógeno a partir de la radiación solar usando fotoelectrocatálisis. 

Dependiendo de la técnica que se vaya a emplear para obtener el hidrógeno, también de la fuente de energía usada y del nivel de emisiones de dióxido de carbono que desprenda, la industria ha realizado una clasificación más o menos estable de tipos de hidrógeno basada en distintos colores.

La primera es la de hidrógeno negro y marrón, es decir, hidrógeno obtenido mediante gasificación de carbón. La diferencia entre uno y otro se encuentra en el tipo de carbón utilizado. El hidrógeno negro es aquel obtenido a través de carbón bituminoso y el marrón, mediante lignito. Emite niveles muy altos de dióxido de carbono.

La segunda técnica utilizada es la de hidrógeno gris, que es el hidrógeno obtenido por reformado de vapor del gas natural. Al ser el método más barato y eficaz, es el que está más extendido por todo el planeta. Emite niveles altos de dióxido de carbono.

También está la técnica del hidrógeno turquesa, que es lo mismo que el hidrógeno obtenido mediante pirólisis. Emite bajos niveles de dióxido de carbono, pero genera carbón sólido altamente inflamable que debe ser almacenado.

Asimismo, existe otra manera, denominada hidrógeno azul, que utiliza el mismo sistema que el gris. La diferencia es que las emisiones de dióxido de carbono son capturadas. Luego se almacenan (generalmente en las mismas cavernas de las que se extrae el gas natural) o se reutilizan. La refinería de Petronor, en Bilbao, es una de las pocas de Europa que cuenta con infraestructura para la captura y uso del CO2.

También está la técnica de hidrógeno rosa, que es el hidrógeno obtenido mediante electrólisis usando centrales nucleares. No genera emisiones de dióxido de carbono, pero los residuos radiactivos deben ser tratados a posteriori.

La de hidrógeno amarillo consiste en obtenerlo mediante electrólisis usando la red eléctrica, no una sola tecnología. Al contar con distintas fuentes de energía mixtas (renovable, nuclear, gasística, etc.), sus niveles de emisiones de dióxido de carbono varían.

Otra de las técnicas es la del hidrógeno verde obtenido mediante electrólisis usando fuentes de energía renovable, que no emiten gases de efecto invernadero nocivos. Es la solución planteada por Europa que permitirá una producción a gran escala del hidrógeno, soportada por un gran despliegue de capacidad renovable. 

Se están desarrollando diferentes tipos de electrólisis para mejorar la eficiencia y el rendimiento del proceso.

El hidrógeno dorado es una técnica experimental que utiliza biomasa para producir hidrógeno y las emisiones son capturadas. Se considera que, al ser un ciclo cerrado de carbono, tiene emisiones negativas de dióxido de carbono que se desprenden a la atmósfera.

La última es la técnica del hidrógeno blanco, que es el hidrógeno que se obtiene de manera natural en las pequeñas "bolsas" que se producen en el planeta. Algunas clasificaciones también incluyen como blanco a aquel hidrógeno que se ha podido reaprovechar de la industria.

¿Qué hidrógeno usaremos?

La mayor parte del hidrógeno que se emplea se produce utilizando gas natural (hidrógeno gris). En este sentido, cada país ha planteado formas distintas de conseguir el tan ansiado objetivo de la descarbonización de la economía utilizando diferentes fuentes de energía. 

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El objetivo prioritario en nuestro país es utilizar, en el futuro, el hidrógeno proveniente de fuentes renovables. Sin embargo, todavía debe actualizarse esta clasificación para cerrar los flecos que tiene.

"Europa está trabajando en la elaboración de un documento que regule todo este escenario", señala Brey, quien, además, ironiza sobre la situación de la industria: "Parece mentira todos los colores que nos hemos inventado para clasificar un gas que encima es incoloro".