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30 noviembre 2021

Hidrógeno, el gas de doble filo en el cambio climático

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Es una de las palabras mágicas en la lucha contra el cambio climático: hidrógeno. Este gas incoloro, inodoro y no tóxico —aunque muy inflamable, como atestigua el desastre del dirigible Hindenburg en 1937— es un componente muy minoritario de la atmósfera, ya que la inmensa mayoría del hidrógeno terrestre se encuentra en forma de agua y moléculas orgánicas. El hidrógeno es hoy una gran promesa de las energías limpias como alternativa a los combustibles fósiles: virtualmente inagotable, su combustión solo produce agua, con cero emisiones. Pero si lo que suena demasiado bueno para ser cierto suele tener una pega, también el hidrógeno viene con letra pequeña: los científicos llevan años advirtiendo de que puede agravar indirectamente el cambio climático. Ahora además alertan de que su presencia en la atmósfera se ha disparado, quizás precisamente debido a su uso como fuente de energía.

Schönbein (izquierda) y Grove (derecha) fueron pioneros en la creación de pilas de combustible de hidrógeno. Imagen: Wikimedia

Aunque el interés por el hidrógeno (H2) como combustible ha escalado en paralelo a la creciente preocupación por el cambio climático, los fundamentos de esta tecnología se remontan a hace más de dos siglos. La electrolisis del agua, romperla mediante electricidad para separar sus dos elementos, se logró por primera vez entre finales del siglo XVIII y principios del XIX. Obtenido así el hidrógeno como materia prima, en 1838 el suizo Christian Friedrich Schönbein y el británico William Robert Grove demostraron el camino inverso, el principio de la pila de combustible de hidrógeno, combinándolo con oxígeno para producir agua y electricidad. Faltaba un siglo para que su uso fuera viable, pero en 1875 el visionario Jules Verne profetizó su futuro como combustible en su novela La isla misteriosa. 

La cara B de la economía del hidrógeno

Fue en 1932 cuando el inglés Francis Thomas Bacon construyó el primer sistema práctico, que sirvió nada menos que para llevar las misiones Apolo a la Luna. Desde entonces y hasta la actualidad esta tecnología ha progresado, generando diferentes tipos de pilas de combustible. A ello se añade que el hidrógeno puede utilizarse también directamente en los motores de combustión sin generar CO2. En la automoción, el hidrógeno ofrece además una ventaja especial frente a las baterías eléctricas en el caso de los vehículos pesados.

Sin embargo, el del hidrógeno es un mundo complejo en el que no es oro todo lo que reluce. Existen distintas fuentes de producción que han dado lugar a un código de colores. El llamado hidrógeno verde es el que se produce por la electrolisis del agua alimentada por energías renovables. Pero este método ideal es caro, por lo que actualmente la gran mayoría del hidrógeno que se produce en el mundo se hace por un proceso más barato llamado reformado con vapor (steam reforming), que emplea gas natural como materia prima y sí genera CO2 por la reacción del metano con el agua. Este es el hidrógeno gris, que no aporta nada de cara a la mitigación del cambio climático. No obstante, el hidrógeno gris puede transformarse en azul cuando el CO2 generado se captura mediante tecnologías de almacenamiento de carbono (CCUS), aunque existen dudas entre los expertos no solo respecto a la viabilidad de estos sistemas, sino también sobre lo verde que puede llegar a ser el hidrógeno azul.

Actualmente solo el 2% del hidrógeno 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 producción de cloro y sosa cáustica. Aunque el hidrógeno continúa siendo una fuente de energía minoritaria, desde hace años existe un interés generalizado en impulsar la transición hacia una economía de hidrógeno para descarbonizar aquellas actividades y sectores en los que es difícil implantar una electrificación como alternativa a los combustibles fósiles. Países como EEUU, Canadá, Reino Unido, Alemania, Australia, Japón, Corea del Sur o la Unión Europea en su conjunto han promulgado estrategias energéticas para el despliegue del hidrógeno verde. Según el Hydrogen Council, un conglomerado de compañías del sector, para 2050 el hidrógeno podrá suplir más del 20% de la demanda de energía global, lo que evitará la emisión acumulada de 80 gigatoneladas de CO2.

Un potencial contribuidor al efecto invernadero 

Pero además de que la economía del hidrógeno aún tiene por delante numerosos obstáculos técnicos que solucionar, existe otro problema adicional. “Pensamos 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 duración del metano”, resume a OpenMind el químico atmosférico de la Universidad de Edimburgo David Stevenson. En 2006 Stevenson y sus colaboradores elevaron la voz de alarma advirtiendo de que el hidrógeno atmosférico secuestra estos radicales hidroxilo que normalmente son responsables de la eliminación del metano, el segundo gas de efecto invernadero (GEI) más importante, 28 veces más potente que el CO2 a 100 años. Y si disminuyen los hidroxilos, el metano dura más tiempo en la atmósfera. 

Por si esto fuera poco, “también puede haber un cambio en el ozono troposférico asociado al hidrógeno que puede añadir al efecto indirecto de calentamiento, y que también está asociado a la reacción del hidrógeno con el hidroxilo”, agrega a OpenMind Hannah Bryant, estudiante de doctorado de Stevenson que centra su trabajo en los efectos atmosféricos y ambientales del hidrógeno. El ozono es el tercer GEI más importante. Pero todavía hay una interferencia más cuando el hidrógeno se combina con el oxígeno en la estratosfera para formar vapor de agua, que también contribuye al calentamiento global. “Por lo tanto, una futura economía de hidrógeno tendría consecuencias de efecto invernadero y no estaría libre de perturbaciones climáticas”, escribían Stevenson y sus colaboradores en 2006.

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

Respecto a qué poder de calentamiento indirecto puede tener el hidrógeno, los modelos manejados por Stevenson y otros investigadores estiman que puede ser cinco veces mayor que el del CO2 a 100 años. Pero advierten de que aún hay incertidumbres. “Todavía no estamos muy seguros de las consecuencias ambientales de añadir más H2 a la atmósfera”, dice Stevenson. “Probablemente todos estos efectos sean pequeños, pero aumentarán al hacerlo la perturbación de H2”. El problema, añade 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 climático, “el presupuesto de hidrógeno en la atmósfera —los tamaños relativos de las fuentes y sumideros— actualmente está mal caracterizado, sobre todo debido a las incertidumbres en el principal sumidero, la deposición en el suelo. Esto dificulta evaluar las consecuencias del H2”.

A la de Stevenson se han sumado las voces de numerosos expertos que alertan sobre el doble filo climático que puede suponer una expansión de la economía del hidrógeno. En declaraciones a la agencia europea Euractiv el científico jefe de la ONG ambiental Environmental Defense Fund (EDF) y miembro del Panel Intergubernamental de Cambio Climático de las Naciones Unidas (IPCC), el ecólogo biogeoquímico Steven Hamburg, calculaba que el hidrógeno es 200 veces más potente como GEI que el CO2 a corto plazo, en el momento de su liberación. La científica climática Ilisa Ocko, también del EDF, prevenía sobre la posibilidad de que el hidrógeno socave los beneficios climáticos de la descarbonización.

Las fugas, el peor enemigo del uso de hidrógeno

Pero ¿cómo es posible que incluso el hidrógeno verde conlleve estas indeseables consecuencias? La respuesta se resume en una palabra: fugas. Todo el proceso de producción, transporte, distribución, almacenamiento y utilización del hidrógeno está afectado por posibles filtraciones que liberan el gas a la atmósfera. Estas fugas son habituales; en el caso del hidrógeno azul, la fuga del metano empleado para producirlo se considera su principal inconveniente. Pero con independencia del color del hidrógeno, las propias filtraciones de este gas son la mayor amenaza a su expansión como fuente de energía. Como en el caso del presupuesto de hidrógeno, Bryant subraya que la magnitud de las fugas es todavía una incógnita sometida a estimaciones. Pero “si las tasas de fuga son altas, o la economía del H2 se hace muy grande, pueden ser importantes”, señala Stevenson. 

BBVA-OpenMind-Yanes-Hidroogeno cambio climatico 3-Las fugas en el proceso de producción, almacenamiento y transporte del hidrógeno es uno de los principales obstáculos a los que se enfrenta la industria. Imagen: IAEA
Las fugas en el proceso de producción, almacenamiento y transporte del hidrógeno es uno de los principales obstáculos 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 antártico durante los últimos 150 años. “Encontramos un aumento del 70% en el H2 atmosférico durante el siglo XX que puede atribuirse a la actividad humana”, escriben los investigadores; y destacan que, si bien se pensaba en la quema de combustibles fósiles como fuente principal de emisión de hidrógeno, en cambio las normativas más estrictas de la contaminación automovilística introducidas a finales del siglo XX no han reducido los niveles de H2. “Es probable que las emisiones antropogénicas de H2 que no proceden de la automoción se hayan subestimado”, concluyen los autores, y apuntan a una causa: las fugas. Del control de este factor, de la creación de una red de hidrógeno verde perfectamente sellada, puede depender que la promesa de este gas se haga realidad.

Javier Yanes 

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