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30 noviembre 2021

Hidr贸geno, el gas de doble filo en el cambio clim谩tico

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Es una de las palabras m谩gicas en la lucha contra el cambio clim谩tico: hidr贸geno. Este gas incoloro, inodoro y no t贸xico 鈥攁unque muy inflamable, como atestigua el desastre del dirigible Hindenburg en 1937鈥 es un componente muy minoritario de la atm贸sfera, ya que la inmensa mayor铆a del hidr贸geno terrestre se encuentra en forma de agua y mol茅culas org谩nicas. El hidr贸geno es hoy una gran promesa de las energ铆as limpias como alternativa a los combustibles f贸siles: virtualmente inagotable, su combusti贸n solo produce agua, con cero emisiones. Pero si lo que suena demasiado bueno para ser cierto suele tener una pega, tambi茅n el hidr贸geno viene con letra peque帽a: los cient铆ficos llevan a帽os advirtiendo de que puede agravar indirectamente el cambio clim谩tico. Ahora adem谩s alertan de que su presencia en la atm贸sfera se ha disparado, quiz谩s precisamente debido a su uso como fuente de energ铆a.

Sch枚nbein (izquierda) y Grove (derecha) fueron pioneros en la creaci贸n de pilas de combustible de hidr贸geno. Imagen: Wikimedia

Aunque el inter茅s por el hidr贸geno (H2) como combustible ha escalado en paralelo a la creciente preocupaci贸n por el cambio clim谩tico, los fundamentos de esta tecnolog铆a se remontan a hace m谩s de dos siglos. La electrolisis del agua, romperla mediante electricidad para separar sus dos elementos, se logr贸 por primera vez entre finales del siglo XVIII y principios del XIX. Obtenido as铆 el hidr贸geno como materia prima, en 1838 el suizo Christian Friedrich Sch枚nbein y el brit谩nico William Robert Grove demostraron el camino inverso, el principio de la pila de combustible de hidr贸geno, combin谩ndolo con ox铆geno para producir agua y electricidad. Faltaba un siglo para que su uso fuera viable, pero en 1875 el visionario Jules Verne profetiz贸 su futuro como combustible en su novela La isla misteriosa.聽

La cara B de la econom铆a del hidr贸geno

Fue en 1932 cuando el ingl茅s Francis Thomas Bacon construy贸 el primer sistema pr谩ctico, que sirvi贸 nada menos que para llevar las misiones Apolo a la Luna. Desde entonces y hasta la actualidad esta tecnolog铆a ha progresado, generando diferentes tipos de pilas de combustible. A ello se a帽ade que el hidr贸geno puede utilizarse tambi茅n directamente en los motores de combusti贸n sin generar CO2. En la automoci贸n, el hidr贸geno ofrece adem谩s una ventaja especial frente a las bater铆as el茅ctricas en el caso de los veh铆culos pesados.

Sin embargo, el del hidr贸geno es un mundo complejo en el que no es oro todo lo que reluce. Existen distintas fuentes de producci贸n que han dado lugar a un c贸digo de colores. El llamado hidr贸geno verde es el que se produce por la electrolisis del agua alimentada por energ铆as renovables. Pero este m茅todo ideal es caro, por lo que actualmente la gran mayor铆a del hidr贸geno que se produce en el mundo se hace por un proceso m谩s barato llamado reformado con vapor (steam reforming), que emplea gas natural como materia prima y s铆 genera CO2 por la reacci贸n del metano con el agua. Este es el hidr贸geno gris, que no aporta nada de cara a la mitigaci贸n del cambio clim谩tico. No obstante, el hidr贸geno gris puede transformarse en azul cuando el CO2 generado se captura mediante tecnolog铆as de almacenamiento de carbono (CCUS), aunque existen dudas entre los expertos no solo respecto a la viabilidad de estos sistemas, sino tambi茅n sobre lo verde que puede llegar a ser el hidr贸geno azul.

Actualmente solo el 2% del hidr贸geno mundial es verde, y solo el 0,1% procede de la electrolisis del agua dedicada a este fin; el resto es un subproducto de procesos industriales como la producci贸n de cloro y sosa c谩ustica. Aunque el hidr贸geno contin煤a siendo una fuente de energ铆a minoritaria, desde hace a帽os existe un inter茅s generalizado en impulsar la transici贸n hacia una econom铆a de hidr贸geno para descarbonizar aquellas actividades y sectores en los que es dif铆cil implantar una electrificaci贸n como alternativa a los combustibles f贸siles. Pa铆ses como EEUU, Canad谩, Reino Unido, Alemania, Australia, Jap贸n, Corea del Sur o la Uni贸n Europea en su conjunto han promulgado estrategias energ茅ticas para el despliegue del hidr贸geno verde. Seg煤n el Hydrogen Council, un conglomerado de compa帽铆as del sector, para 2050 el hidr贸geno podr谩 suplir m谩s del 20% de la demanda de energ铆a global, lo que evitar谩 la emisi贸n acumulada de 80 gigatoneladas de CO2.

Un potencial contribuidor al efecto invernadero聽

Pero adem谩s de que la econom铆a del hidr贸geno a煤n tiene por delante numerosos obst谩culos t茅cnicos que solucionar, existe otro problema adicional. 鈥淧ensamos que el H2 tiene un efecto indirecto de calentamiento al afectar al OH [radicales hidroxilo], el principal sumidero de metano, y por tanto a la duraci贸n del metano鈥, resume a OpenMind el qu铆mico atmosf茅rico de la Universidad de Edimburgo David Stevenson. En 2006 Stevenson y sus colaboradores elevaron la voz de alarma advirtiendo de que el hidr贸geno atmosf茅rico secuestra estos radicales hidroxilo que normalmente son responsables de la eliminaci贸n del metano, el segundo gas de efecto invernadero (GEI) m谩s importante, 28 veces m谩s potente que el CO2 a 100 a帽os. Y si disminuyen los hidroxilos, el metano dura m谩s tiempo en la atm贸sfera.聽

Por si esto fuera poco, 鈥渢ambi茅n puede haber un cambio en el ozono troposf茅rico asociado al hidr贸geno que puede a帽adir al efecto indirecto de calentamiento, y que tambi茅n est谩 asociado a la reacci贸n del hidr贸geno con el hidroxilo鈥, agrega a OpenMind Hannah Bryant, estudiante de doctorado de Stevenson que centra su trabajo en los efectos atmosf茅ricos y ambientales del hidr贸geno. El ozono es el tercer GEI m谩s importante. Pero todav铆a hay una interferencia m谩s cuando el hidr贸geno se combina con el ox铆geno en la estratosfera para formar vapor de agua, que tambi茅n contribuye al calentamiento global. 鈥淧or lo tanto, una futura econom铆a de hidr贸geno tendr铆a consecuencias de efecto invernadero y no estar铆a libre de perturbaciones clim谩ticas鈥, escrib铆an Stevenson y sus colaboradores en 2006.

El hidr贸geno se ha convertido en alternativa de combustible sostenible para la movilidad en las ciudades. Imagen: Wikimedia

Respecto a qu茅 poder de calentamiento indirecto puede tener el hidr贸geno, los modelos manejados por Stevenson y otros investigadores estiman que puede ser cinco veces mayor que el del CO2 a 100 a帽os. Pero advierten de que a煤n hay incertidumbres. 鈥淭odav铆a no estamos muy seguros de las consecuencias ambientales de a帽adir m谩s H2 a la atm贸sfera鈥, dice Stevenson. 鈥淧robablemente todos estos efectos sean peque帽os, pero aumentar谩n al hacerlo la perturbaci贸n de H2鈥. El problema, a帽ade Bryant, es que, a diferencia de lo que ocurre con el CO2 o el metano, que han sido el principal objeto de las investigaciones sobre el cambio clim谩tico, 鈥渆l presupuesto de hidr贸geno en la atm贸sfera 鈥攍os tama帽os relativos de las fuentes y sumideros鈥 actualmente est谩 mal caracterizado, sobre todo debido a las incertidumbres en el principal sumidero, la deposici贸n en el suelo. Esto dificulta evaluar las consecuencias del H2鈥.

A la de Stevenson se han sumado las voces de numerosos expertos que alertan sobre el doble filo clim谩tico que puede suponer una expansi贸n de la econom铆a del hidr贸geno. En declaraciones a la agencia europea Euractiv el cient铆fico jefe de la ONG ambiental Environmental Defense Fund (EDF) y miembro del Panel Intergubernamental de Cambio Clim谩tico de las Naciones Unidas (IPCC), el ec贸logo biogeoqu铆mico Steven Hamburg, calculaba que el hidr贸geno es 200 veces m谩s potente como GEI que el CO2 a corto plazo, en el momento de su liberaci贸n. La cient铆fica clim谩tica Ilisa Ocko, tambi茅n del EDF, preven铆a sobre la posibilidad de que el hidr贸geno socave los beneficios clim谩ticos de la descarbonizaci贸n.

Las fugas, el peor enemigo del uso de hidr贸geno

Pero 驴c贸mo es posible que incluso el hidr贸geno verde conlleve estas indeseables consecuencias? La respuesta se resume en una palabra: fugas. Todo el proceso de producci贸n, transporte, distribuci贸n, almacenamiento y utilizaci贸n del hidr贸geno est谩 afectado por posibles filtraciones que liberan el gas a la atm贸sfera. Estas fugas son habituales; en el caso del hidr贸geno azul, la fuga del metano empleado para producirlo se considera su principal inconveniente. Pero con independencia del color del hidr贸geno, las propias filtraciones de este gas son la mayor amenaza a su expansi贸n como fuente de energ铆a. Como en el caso del presupuesto de hidr贸geno, Bryant subraya que la magnitud de las fugas es todav铆a una inc贸gnita sometida a estimaciones. Pero 鈥渟i las tasas de fuga son altas, o la econom铆a del H2 se hace muy grande, pueden ser importantes鈥, se帽ala Stevenson.聽

BBVA-OpenMind-Yanes-Hidroogeno cambio climatico 3-Las fugas en el proceso de producci贸n, almacenamiento y transporte del hidr贸geno es uno de los principales obst谩culos a los que se enfrenta la industria. Imagen: IAEA
Las fugas en el proceso de producci贸n, almacenamiento y transporte del hidr贸geno es uno de los principales obst谩culos a los que se enfrenta la industria. Imagen: IAEA

Y los datos dicen que ya lo son: un estudio dirigido por la Universidad de California en Irvine ha analizado el aire atrapado en el hielo ant谩rtico durante los 煤ltimos 150 a帽os. 鈥淓ncontramos un aumento del 70% en el H2 atmosf茅rico durante el siglo XX que puede atribuirse a la actividad humana鈥, escriben los investigadores; y destacan que, si bien se pensaba en la quema de combustibles f贸siles como fuente principal de emisi贸n de hidr贸geno, en cambio las normativas m谩s estrictas de la contaminaci贸n automovil铆stica introducidas a finales del siglo XX no han reducido los niveles de H2. 鈥淓s probable que las emisiones antropog茅nicas de H2 que no proceden de la automoci贸n se hayan subestimado鈥, concluyen los autores, y apuntan a una causa: las fugas. Del control de este factor, de la creaci贸n de una red de hidr贸geno verde perfectamente sellada, puede depender que la promesa de este gas se haga realidad.

Javier Yanes聽

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