Dos tecnologías que permiten producir energía renovable a partir del hidrógeno

Mobeen Tahir, director de soluciones tácticas y análisis macroeconómico en WisdomTree

02/10/2023

El hidrógeno es el elemento más abundante del universo y encierra un enorme potencial como fuente de energía limpia y sostenible. Su presencia es omnipresente y constituye alrededor del 70% de toda la materia del cosmos. Sin embargo, aprovechar su enorme potencial para las necesidades energéticas cotidianas no siempre es sencillo. El reto consiste en liberar la energía del hidrógeno y convertirlo en un recurso utilizable para diversas aplicaciones.

Los electrolizadores y las pilas de combustible son dos tecnologías clave para hacer del hidrógeno una fuente de energía renovable.

Fuera el gris

Parte del problema es que, cuando se dice que no todo el hidrógeno es igual, se hace referencia al hecho de que la mayor parte del hidrógeno que se produce en la actualidad procede de combustibles fósiles. Según la Agencia Internacional de Energías Renovables, a finales de 2021, casi el 47% de la producción mundial de hidrógeno procedía del gas natural, el 27% del carbón, el 22% del petróleo y solo alrededor del 4% de la electrólisis del agua. El hidrógeno producido a partir de combustibles fósiles se denomina “hidrógeno gris“si el producto residual del proceso, el dióxido de carbono (CO2), se libera a la atmósfera.

Cuando el CO₂ del proceso se captura y almacena el hidrógeno se denomina”azul“y el resultado medioambiental es mucho mejor. Sin embargo, la mejor forma de hidrógeno es el hidrógeno verde, que se obtiene mediante la electrólisis del agua, es decir, haciendo pasar una corriente de energía renovable a través del agua para separar el hidrógeno del oxígeno.

Para producir hidrógeno de forma sostenible, el mundo necesita eliminar el hidrógeno gris y aumentar el hidrógeno verde.

Electrolizadores de hidrógeno

Un electrolizador de hidrógeno es un dispositivo que genera gas hidrógeno (H₂) mediante un proceso denominado electrólisis, que utiliza una corriente eléctrica para dividir el agua (H₂O) en sus elementos constitutivos, hidrógeno y oxígeno. Si la electrólisis funciona con fuentes de energía renovables, como la eólica o la solar, el hidrógeno producido se denomina 'verde'.

Dada la relación simbiótica del hidrógeno verde con la energía eólica y solar, su producción suele estar cerca de parques eólicos o solares. Recientemente mencionamos algunos megaproyectos de energías renovables en todo el mundo, destacando la Isla de la Energía de Dinamarca, donde se prevé instalar 600 aerogeneradores gigantes acompañados de una planta de electrólisis.

También se están produciendo otras innovaciones para que los electrolizadores puedan utilizar agua de mar, disponible en abundancia cerca de los parques eólicos marinos. Esto reducirá la necesidad de agua dulce para producir hidrógeno.

El hidrógeno verde también sirve como una solución útil de almacenamiento de energía de larga duración cuando se coloca cerca de parques eólicos y solares. Complementa el almacenamiento en baterías a corto plazo convirtiendo el excedente de energía renovable en hidrógeno, lo que permite ampliar el almacenamiento de energía y reducir la intermitencia de las energías renovables, mejorando así la fiabilidad y sostenibilidad generales del sistema energético.

Gráfico 1: Los envíos de electrolizadores de hidrógeno se duplicarán en 2023 y de nuevo en 2024. Fuente: Bloomberg New Energy Finance (BNEF), Perspectivas del mercado de electrolizadores de hidrógeno en el segundo semestre de 2023, 28 de agosto de 2023. Las regiones indicadas son Europa, Oriente Medio y África (EMEA), América (AMER) y Asia-Pacífico (APAC). GW es gigavatios. Las previsiones no son un indicador de la rentabilidad a futuro y las inversiones están sujetas a riesgos e incertidumbres.

Según Bloomberg New Energy Finance (BNEF), se espera que los envíos mundiales de electrolizadores se dupliquen en 2023 y vuelvan a duplicarse en el año 2024, incluso en un escenario conservador. Esto se debe a que Europa y Estados Unidos están empezando a alcanzar a China en términos de capacidad de producción. Una vez producido el hidrógeno, su uso requiere otro dispositivo

Pilas de combustible de hidrógeno

Una pila de combustible de hidrógeno es un dispositivo electroquímico que convierte en electricidad la energía química almacenada en el hidrógeno verde. Las pilas de combustible pueden aportar numerosas ventajas al mundo de la movilidad. Tienen cero emisiones, dado que su subproducto es el vapor de agua. También tienen una alta eficiencia energética, con una tasa de conversión de energía de hasta el 60%, frente al 30-40% de los motores de combustión interna. Esto significa que, mientras que un motor de combustión interna convierte en movimiento el 30-40% de la energía del combustible (el resto se pierde en calor y fricción), una pila de combustible puede convertir en movimiento el 60% de la energía almacenada en el combustible. Esta mayor eficiencia energética se traduce en un volumen menor de combustible necesario para almacenar en el depósito del coche, camión, barco o avión que funcione con hidrógeno.

Las pilas de combustible también son muy versátiles. Pueden utilizarse como fuentes de energía de reserva para proporcionar un medio fiable y eficaz de generar electricidad durante los cortes de suministro. Cuando falla la red, las pilas de combustible pueden suministrar electricidad rápidamente, garantizando el funcionamiento ininterrumpido de servicios esenciales como centros de datos, hospitales e instalaciones de telecomunicaciones. Además, tienen una larga vida útil y funcionan silenciosamente.

El reto

En la actualidad, los mayores obstáculos para la adopción del hidrógeno verde son los elevados costes y la escasez de infraestructuras. El Gráfico 2 muestra el coste nivelado de la electricidad (LCOE) en dólares por megavatio hora (MWh) para el hidrógeno (que compara los costes de producción de electricidad a partir de distintas fuentes). Mientras que la energía eólica, la solar y el almacenamiento en baterías han visto una notable reducción de costes en los últimos años a medida que las tecnologías se han ido ampliando, el hidrógeno aún no ha experimentado lo mismo. Sin embargo, con más inversión, esto podría cambiar.

Gráfico 2: Coste nivelado de la electricidad procedente de distintas fuentes. Fuente: Bloomberg New Energy Finance, 7 de junio de 2023. FV es fotovoltaico. CAC es captura y almacenamiento de carbono. https://www.bnef.com/insights/31489. La rentabilidad histórica no es indicativa de la rentabilidad a futuro y cualquier inversión puede perder valor.

Aunque queda mucho camino por recorrer para que esta inversión dé sus frutos, ya podemos ver claros indicios de crecimiento, tanto en términos de apoyo político como de innovación industrial. En julio de 2023, el estado de California concedió a Nikola Corporation una subvención de 41,9 millones de dólares para establecer seis estaciones de repostaje de hidrógeno para vehículos pesados en el sur de California. California, que está asumiendo un papel de liderazgo en la descarbonización del transporte, pretende que estas estaciones estratégicamente situadas contribuyan a la adopción de vehículos libres de emisiones, reduzcan las emisiones de carbono, mejoren la salud de la comunidad y proporcionen repostaje a entre 80 y 100 camiones diarios por estación.

En el mundo de la aviación, los fabricantes de aviones Airbus, Embraer y Fokker aspiran a lanzar aviones comerciales propulsados por hidrógeno en el año 2035. En junio de 2023, al menos 23 operadores aéreos, principalmente aerolíneas regionales y arrendadores de aeronaves, firmaron algún tipo de acuerdo para adquirir aviones o motores de pila de combustible.

En el sector del automóvil, ocho fabricantes, como Toyota, BMW y Jaguar Land Rover, ya trabajan activamente en vehículos de pila de combustible de hidrógeno. A medida que se construyan más infraestructuras, es posible que más compañías sigan este ejemplo.

El camino a seguir para los inversores

Los inversores que estén interesados en las perspectivas de crecimiento del hidrógeno y vean en el presente un punto clave para esta tecnología, pueden considerar el hidrógeno como un elemento más dentro de la gama de energías renovables. Los avances en los electrolizadores de hidrógeno y las pilas de combustible están haciendo posible la idea del hidrógeno como fuente de energía renovable.

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