¿Qué es y para qué sirve el hidrógeno verde?
El hidrógeno se puede producir a partir de muchas fuentes distintas de energía. Pero, ¿cuándo se podría considerar que es 'verde'?
El hidrógeno (H) es el primer elemento químico de la tabla periódica y el más abundante del universo; de forma natural puede presentarse como gas diatómico (H2) o como parte de múltiples moléculas, tanto orgánicas como inorgánicas. En su forma gaseosa es tan ligero que, cuando está presente en la atmósfera, asciende rápidamente ocupando las capas más altas. Sin embargo, es un gas relativamente fácil de obtener a partir del proceso denominado electrólisis del agua.
Como es bien sabido, la molécula de agua se compone de dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno, por lo tanto, empleando una corriente eléctrica continua, esta molécula se puede romper y liberar los gases de oxígeno e hidrógeno. Posteriormente, este hidrógeno puede ser empleado como fuente de energía.
El hidrógeno puede emplearse como combustible para vehículos.
Obtener energía del hidrógeno
Hipotéticamente, se puede emplear el hidrógeno como fuente de energía de dos maneras. Una es la fusión nuclear, mediante la cual los núcleos de dos átomos de hidrógeno se unen para formar un átomo de helio. Este proceso libera una enorme cantidad de energía, y es, de hecho, la forma en la que el sol produce luz y calor. Sin embargo, a día de hoy, este es un reto que aún no ha alcanzado solución y cuanto más se sabe de este proceso, más lejos parece lograrlo.
La otra forma es emplear el hidrógeno como combustible. Se trata de un gas altamente inflamable que, al arder se combina con el oxígeno del aire emitiendo a la atmósfera solo vapor de agua y generando calor, que puede emplearse para producir energía eléctrica o, formando parte de células de combustible, para mover un motor, como el de un vehículo.
Un combustible como fuente de energía y cuyas emisiones se reducen a vapor de agua, podría parecer muy prometedor, si no fuera por un pequeño problema, que viene dado por las leyes de la termodinámica. Y es que la energía no se crea, solo se transforma, y dado que en todo proceso de transformación se da una pérdida de energía que se disipa —ya sea en forma de luz, calor, vibraciones…—, la física nos da una importante limitación.
El hidrógeno no es una fuente de energía, sino un vector que debe primero producirse y almacenarse.
El hidrógeno como vector energético
Consideramos fuentes de energía aquellas formas de energía que se obtienen de la naturaleza y se pueden aprovechar para nuestra actividad. Son fuentes energéticas la energía eólica, la hidroeléctrica, la solar, la geotérmica, y también los combustibles fósiles o la energía de fisión nuclear. Pero no es el caso del hidrógeno.
Para poder consumir el hidrógeno como combustible es necesario antes producirlo. Y para producir hidrógeno necesitamos energía. Las leyes de la termodinámica dictan que la cantidad de energía empleada en la producción del hidrógeno por electrolisis del agua será, siempre, mayor que la producida por combustión. Dicho de otro modo; producir hidrógeno requiere más cantidad de energía que la que se obtiene al quemarlo. Se produce una pérdida neta de energía.
Sin embargo, esto no lo convierte en un recurso inútil, ni mucho menos. Uno de los problemas que se presentan con determinadas fuentes de energía renovable, como la solar o la eólica, es que su producción no está necesariamente asociada a su consumo. Si en un momento dado, hay mucho viento pero no se está consumiendo electricidad, toda la energía eléctrica que se produce en exceso simplemente se pierde; mientras que si hay una alta demanda eléctrica y no hay viento suficiente para satisfacerla, son necesarias fuentes de energía complementarias, como térmica o nuclear, para compensar ese déficit.
En este sentido, el hidrógeno puede ser una solución. Si la producción energética supera a la demanda, el excedente de energía se puede destinar a realizar la electrólisis del agua y producir hidrógeno. Aunque parte de la energía se pierda, la mayor parte se aprovecha. De este modo, el gas se puede almacenar y transportar, y emplear después, bien como combustible para mover vehículos, bien como fuente de energía para abastecer la red eléctrica cuando la demanda supere a la producción. Es por ese motivo que el hidrógeno no se considera una fuente de energía, sino un vector, una forma de obtener energía desde otros procesos, almacenarla, transportarla, y emplearla en otro momento y lugar, cuando y donde sea necesaria; de un modo semejante a como funciona una batería.
El hidrógeno se puede transportar por gasoductos como el que se planea que funcione entre España y Francia antes de 2030.
¿Por qué hidrógeno “verde”?
El hidrógeno se puede producir a partir de muchas fuentes distintas de energía. La electrólisis se realiza empleando electricidad, sin importar el origen de esa electricidad. Se puede producir hidrógeno a partir de energía eólica, o de la combustión del petróleo. Además, no solo se puede obtener del agua. Los hidrocarburos, como el metano o el butano, contienen una gran cantidad de hidrógeno, solo que al obtener ese hidrógeno, se libera carbono a la atmósfera, en forma de gases de efecto invernadero.
Por muy bonito que parezca el hecho de que quemar hidrógeno solo se produzca vapor de agua —que tampoco es del todo cierto, pues en el proceso pueden intervenir otros gases atmosféricos y producirse, en menor medida, óxido de nitrógeno y otros gases—, si para producir ese hidrógeno se han emitido grandes cantidades de gases de efecto invernadero, no se está solucionando ningún problema, solo se está desplazando de lugar en la cadena de producción energética. A ese hidrógeno se le denomina ‘hidrógeno gris’.
Si bien el hidrógeno es el mismo, el origen importa de cara a las emisiones que ese hidrógeno ha generado durante su producción. Se denomina ‘hidrógeno verde’ a aquel que se ha producido empleando energías renovables bajas en emisiones. El nuevo ‘corredor del hidrógeno verde’, que se espera que conecte España y Francia, en el año 2030, transportará solo hidrógeno obtenido de este modo.
No todo el hidrógeno se produce por electrólisis; existen investigaciones en curso para aprovechar la fotosíntesis como fuente de producción de hidrógeno.
Un hidrógeno aún más ‘verde’
Pero hay una forma aún más sostenible de producir hidrógeno. Desde hace años, es sabido que determinadas algas, del género Chlamydomonas, realizando la fotosíntesis en determinadas condiciones, dejan de producir oxígeno para producir hidrógeno.
Conseguir aprovechar energéticamente el proceso de fotosíntesis sería un gran logro. Sin embargo, el manejo de las algas y la forma de extraer el hidrógeno producido son todo un reto de bioingeniería, y a día de hoy, dista mucho de ser aprovechable. No obstante, los resultados obtenidos hasta ahora son prometedores, y muchos grupos de investigadores tienen las esperanzas depositadas en este tipo de proyectos.
No debería sorprendernos que, en los próximos años, salten nuevas noticias sobre la bioproducción de hidrógeno, y de ser así, sería la forma más verde de producirlo… entendiendo literalmente el adjetivo “verde”.
Referencias:
- Amos, W. A. 2004. Updated Cost Analysis of Photobiological Hydrogen Production from Chlamydomonas reinhardtii Green Algae: Milestone Completion Report. National Renewable Energy Laboratory.
- Atilhan, S. et al. 2021. Green hydrogen as an alternative fuel for the shipping industry. Current Opinion in Chemical Engineering, 31, 100668. DOI: 10.1016/j.coche.2020.100668
- Oliveira, A. M. et al. 2021. A green hydrogen economy for a renewable energy society. Current Opinion in Chemical Engineering, 33, 100701. DOI: 10.1016/j.coche.2021.100701
- Yacoby, I. et al. 2011. Photosynthetic electron partitioning between [FeFe]-hydrogenase and ferredoxin:NADP+-oxidoreductase (FNR) enzymes in vitro. Proceedings of the National Academy of Sciences, 108(23), 9396-9401. DOI: 10.1073/pnas.1103659108
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