La carrera hacia la nueva economía de hidrógeno ya ha comenzado y muchas compañías de distintos países nos llevan ya muchos metros de distancia

En la actualidad, se prevé la introducción gradual del hidrógeno, ya totalmente descarbonizado, más que como combustible como vector energético, poniéndose a la altura de lo que actualmente es la energía eléctrica. Pero para poder hablar de la economía del hidrógeno es necesario dar un salto adicional y situarnos en un hipotético mundo en el que el hidrógeno estuviera accesible al usuario final.

DaimlerChrysler entregó al Ayuntamiento de Madrid en mayo de 2003 uno de los tres autobuses alimentados con pila de combustible previstos en el proyecto Cute de la UE. Estos autobuses entraron en operación en junio de 2003 y hasta la fecha han transportado a más de 30.000 pasajeros y llevan recorridos más de 10.000 km.

Bajo este interesante titulo, ¿qué se esconde?. Las distintas etapas del desarrollo de la historia de la humanidad parece que se pueden relacionar con los distintos tipos de combustibles que se han empleado. Desde la prehistoria hasta el renacimiento, prácticamente el único combustible empleado era la madera, cuya relación entre átomos de carbono y hidrógeno es de dos a uno, si bien, no es hasta finales del siglo dieciocho, con el comienzo de la revolución industrial, cuando se empieza a emplear masivamente el carbón como combustible, con una relación de un átomo de carbono por cada uno de hidrógeno. Con el comienzo del siglo XX se inicia el reinado del petróleo como combustible, cuya relación es de un átomo de carbono por cada dos de hidrógeno.

Es en el último cuarto de siglo XX, coincidiendo con la revolución de la micro electrónica, cuando se empieza a usar el gas natural como combustible, con una relación de cuatro átomos de hidrógeno por cada uno de carbono. En la actualidad, se prevé la introducción gradual del hidrógeno, ya totalmente descarbonizado, más que como combustible como vector energético, poniéndose a la altura de lo que actualmente es la energía eléctrica. La diferencia con los anteriores combustibles es que su principal uso no se realizará mediante una reacción de combustión sino mediante una reacción electroquímica de oxidación reducción en las cada día más conocidas pilas de combustible.

La forma más sencilla de introducir las pilas de combustible es haciendo la analogía a una batería estándar, con las que la principal diferencia es que en la pila de combustible los reactivos, oxígeno e hidrógeno, han de ser alimentados de continuo para mantener la reacción electroquímica; el producto resultante de la reacción de oxidación reducción es agua. Las distintas tecnologías de las pilas de combustible se clasifican según el electrolito empleado. El electrolito es el medio en que tiene lugar la reacción de oxidación reducción. Esta tecnología fue usada por primera vez en el programa espacial “Gemini” por Estados Unidos en los años 60.

En realidad, hay cinco tecnologías distintas de pilas de combustible, la empleada por los americanos en el programa “Gemini” fue la basada en electrolito alcalino. En ella la reacción se produce a una temperatura de entre 90 y 100ºC, sin embargo, la pila llamada a ser la reina en la propulsión de vehículos es la basada en electrolito de membrana de polímero, cuya reacción tiene lugar entre los 60 y los 100ºC. Del resto de tecnologías, la pila de ácido fosfórico es la más empleada en grupos electrógenos o pequeños generadores de energía eléctrica (la temperatura de la reacción está entre los 175 y 200ºC). Las otras dos tecnologías, la de carbonato fundido y la de óxido sólido, parecen más adecuadas para la generación de energía eléctrica a mayores escalas, ya que las temperaturas a las que tiene lugar la reacción es de unos 600 a 1000ºC.

Esquema del funcionamiento de una pila combustible

Aunque pudiera dar la impresión de ser ésta únicamente una tecnología basada sólo en promesas, la realidad es que ya esta aquí entre nosotros. Actualmente más de 60 compañías de todo el mundo están trabajando en estas tecnologías, entre ellas están ocho de las diez compañías con mayores ingresos y casi todos los fabricantes de coches, por citar unos pocos modelos de coche con pila de combustible están (Ford P2000, Renault Fever, Opel Zafira, Chrysler Jeep Commander, DaimlerChrysler Necar 4, Zevco, Nissan Silvia, Mazda Demio, Toyota RAV, Honda FCX). En cuanto a las pilas de combustible como generadores de energía eléctrica, a día de hoy existen más de 200 pilas de ácido fosfórico repartidas por todo del mundo (de unos 200 kilovatios cada una).

Aunque lo expuesto hasta el momento pueda parecer sugerente, todavía no se entiende el uso de la palabra “economía” en el título del artículo, para ello es necesario dar un salto adicional y situarnos en un hipotético mundo en el que el hidrógeno estuviera accesible al usuario final. Si la potencia de la pila de un coche de combustible es de unos 25 kilovatios y un coche por termino medio se pasa el 90 por ciento de su tiempo inmóvil, cabría pensar en la posibilidad de que el usuario decidiera emplear su coche como un generador eléctrico para su propio consumo o bien vender la energía eléctrica generada por la pila de combustible de su vehículo a la red eléctrica, esto sí que sería un mundo de verdadera generación distribuida.

Actualmente, en la Unión Europea de 15 países existen unos 600 GWe instalados, para el 2020 se estima que la potencia eléctrica instalada será de unos 800 a 900 GWe, a la vez, cada año se fabrican en la UE unos 14 millones de coches (anualmente se dan de baja unos 11 millones). Si los 14 millones de coches estuvieran propulsados por motores eléctricos alimentados por pilas de combustible, en un par de años la potencia eléctrica disponible equivaldría prácticamente al total de potencia eléctrica instalada. De hacerse esto realidad, aunque sólo sea parcialmente, habría que cambiar radicalmente el sistema eléctrico.

Para llegar a este punto se ha hecho la hipótesis de un hidrógeno disponible en abundancia para el usuario final, sin embargo queda mucho antes de llegar a este extremo. Para comenzar, habría de indicar que actualmente el 95 por ciento del hidrógeno producido se obtiene por el reformado con vapor del gas natural. Hoy en día se producen globalmente 400.000 millones de metros cúbicos de hidrógeno, aproximadamente el equivalente al 10 por ciento de la producción de petróleo de 1999. Otra forma de obtener el hidrógeno es a partir del reformado del metanol con vapor, lo que da mayores atractivos a la digestión anaeróbica de la biomasa. También se puede obtener a través del reformado con oxidación parcial de la gasolina. Si en una primera etapa se dotaran a los coches equipados con pilas de combustible con equipos que reformaran la gasolina se evitaría el problema de la distribución del hidrógeno a los usuarios finales, sin embargo, esta solución sólo puede ser temporal ya que no evita emisiones de CO2, ni alivia el problema de la dependencia de la gasolina (dependencia de terceros países productores y a la vez un combustible limitado). La electrólisis como medio de producción del hidrógeno no está demasiado extendida, sólo el 4 por ciento del hidrógeno se produce por electrólisis del agua, ello se debe a que los costes de la electricidad empleada en el proceso pueden llegar a ser tres o cuatro veces superiores a la de los materiales empleados cuando se obtiene el hidrógeno a través del gas natural. Sin embargo, la mayoría de los electrolizadores comerciales disponibles hoy en día pueden alcanzar una eficiencia del 75 por ciento en términos de electricidad obtenida por unidad de hidrógeno. Por lo que tampoco sería descabellado pensar en la producción de hidrógeno como medio de almacenamiento de la energía eléctrica.

Un método adicional de producción en el que está siendo desarrollado por el “Japan Atomic Energy Research Institute el Oak Ridge Nacional Laboratory” y la CEA Francesa es la descomposición del ácido sulfúrico (reacción endotérmica de alta temperatura, 800-1000ºC) H2SO4 ->H2O+SO2+1/2 O2, tras esta reacción el yodo se puede combinar con el SO2 y el agua para producir Ioduro de sodio y recuperar el ácido sulfúrico I2+SO2+2 H2O->2HI+H2SO4, el HI así formado se puede disociar para producir yodo e hidrógeno (a 200-500º) 2 HI->H2+I2. Conociendo las temperaturas de estas reacciones, se comprende que una de las ventajas que se espera que aporten los reactores nucleares de cuarta generación es la posibilidad de incorporar esta reacción al esquema de funcionamiento de la central. Esto sería posible porque cuatro de los seis diseños que se consideran son de alta temperatura 800-1000ºC.

La práctica mayoría del parque nuclear actual pertenece a la segunda generación de reactores nucleares, los reactores que actualmente se están instalando en Extremo Oriente, Taiwan, Japón, Corea son de tercera generación. Los reactores nucleares de cuarta generación están actualmente en las manos de los diseñadores, y en un escenario racional de planificación de la generación eléctrica, se podría esperar que comenzarán su explotación comercial en la segunda década de este siglo. Se calcula que si estos reactores se emplearan para la producción conjunta de H2 y electricidad se podrían alcanzar eficiencias del 60 por ciento, con lo cual nos podríamos situar en un escenario de producción de hidrógeno cuyo coste estaría totalmente desligado de los combustibles fósiles. Y es más, este hidrógeno podría propulsar vehículos con pilas de combustible, independizando un sector, el del transporte, totalmente dependiente de los combustibles fósiles.

La distribución del hidrógeno a los consumidores plantea otro campo de posibilidades e interrogantes que habrá que resolver antes de alcanzar una verdadera economía del hidrógeno. Por un lado, actualmente el hidrógeno se transporta comprimido o criogenizado, lo cual requiere un consumo energético no admisible en un escenario de uso masivo, por otro lado, una infraestructura semejante a la actual de gaseoductos y gasolineras capaz de distribuir hidrógeno sería muy costosa de desarrollar, por lo que no estaría justificada sin una fuerte demanda. Estaríamos, pues, ante una especie de dilema de que va antes el huevo o la gallina. La solución podría venir de la mano de nuevos materiales como hidruros metálicos o nanotubos de carbono capaces de absorber grandes cantidades de hidrógeno que pueden ser liberadas al cambiar las condiciones de absorción.

La carrera hacia la nueva economía ya ha comenzado, y aunque muchas compañías en Estados Unidos, Canadá y otros países nos llevan ya muchos metros de distancia, Europa se empieza a percatar de que hay una carrera en curso, en la cual tiene algún que otro competidor (la Unión Europea viene financiando en los últimos años varios proyectos e iniciativas relacionados con la nueva economía emergente). En España, tendríamos que hacer un esfuerzo mayor que en otras ocasiones y no esperar a adquirir la tecnología cuando ésta se encuentre afianzada y sea segura.

Para más información:

• A national vision of America’s Transition to a Hydrogen economy and Beyond. US. DoE. February 2002.
• “La economía del hidrógeno” Jeremy Rifkin. Ed. Paidós Estado y Sociedad 102. 2002.
• Hydrogen Energy and fuel Cells --A vision of our future. Report of the EU High Level Group for Hydrogen and Fuel Cell Technologies. EUR 20719