PREGUNTAS FRECUENTES
¿Es el hidrógeno una fuente de energía "limpia"?
No todo el hidrógeno es igual y, por ello, su producción plantea un grave problema de descarbonización. El 99% del hidrógeno que se produce hoy en día procede de combustibles fósiles sin captura de carbono, lo que genera más emisiones que la industria aeronáutica mundial.
Tanto el hidrógeno verde como el azul se presentan a menudo bajo el lema de hidrógeno “limpio” o de bajas emisiones. Pero cada vez hay más consenso en que el hidrógeno verde, producido a partir de electricidad renovable, es la única forma de hidrógeno con emisiones cercanas a cero.
El hidrógeno azul, producido a partir de combustibles fósiles con captura y almacenamiento de carbono (CAC), debe considerarse con cautela. Esto se debe a que su producción depende de los combustibles fósiles, la captura de carbono es siempre parcial, y los investigadores han descubierto que las importantes emisiones fugitivas de metano a lo largo de su cadena de suministro pueden hacer que sea peor para el clima que la simple quema de combustibles fósiles.
Para definirse como “limpio”, el hidrógeno azul debe cumplir al menos los mismos niveles de emisiones que el hidrógeno verde, una tarea difícil. Puedes leer más sobre nuestra definición de hidrógeno limpio aquí.
¿Es el hidrógeno un gas de efecto invernadero?
El hidrógeno es un gas de efecto invernadero indirecto. Investigaciones recientes han demostrado que su potencial de calentamiento global una vez liberado a la atmósfera es 35 veces superior al del dióxido de carbono (CO2) en los primeros 20 años, y 12 veces en los 100 años siguientes a su liberación.
Como el hidrógeno es una molécula mucho más pequeña que el gas natural, es aún más propenso a fugarse de las tuberías o los tanques de almacenamiento. Las consecuencias climáticas de esta situación requieren más estudios.
El hidrógeno también suele considerarse un combustible “limpio” que sólo produce vapor de agua como subproducto. Sin embargo, esto sólo ocurre cuando se utiliza en una pila de combustible y se convierte en electricidad “electroquímicamente”, sin combustión.
Aunque la quema o combustión de hidrógeno no produce emisiones de CO2, puede producir altos niveles de óxidos de nitrógeno (NOx), un potente contaminante con repercusiones en la salud humana.
¿Qué dice la ciencia sobre el papel del hidrógeno en la transición energética?
La ciencia demuestra que el hidrógeno no es una receta mágica para la transición energética.
El Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático (IPCC) calcula que el hidrógeno representará sólo el 2% del consumo mundial de energía en 2050, siendo a menudo más arriesgado, caro, ineficiente energéticamente o intensivo en emisiones que otras alternativas ya disponibles, como la electrificación.
El hidrógeno renovable o verde es una solución de nicho que debe utilizarse con prudencia para un reducido número de aplicaciones esenciales en las que no es posible la electrificación directa.
Esto se debe a que es muy ineficiente desde el punto de vista energético y requiere grandes cantidades de electricidad para su producción. Como consecuencia, también es muy caro: entre cuatro y seis veces más caro que el gas natural por unidad de energía, según los cálculos de HSC. En la actualidad, su oferta sigue siendo escasa, los proyectos a gran escala aún no se han realizado plenamente y el hidrógeno “de bajas emisiones” sólo representa el 0,7% de la demanda total, según la AIE.
Descarbonizar el hidrógeno de combustibles fósiles allí donde siga siendo necesario en un futuro cero neto, sustituyéndolo por hidrógeno renovable, requerirá una enorme cantidad de energía: casi tres veces la cantidad de electricidad eólica y solar que produjo el mundo en 2019.
En consecuencia, debe darse prioridad al hidrógeno renovable para sustituir a este hidrógeno de emisiones intensivas allí donde ya se utiliza ampliamente en la actualidad: como materia prima esencial en las industrias de fertilizantes, química y siderúrgica, donde el hidrógeno es necesario por sus propiedades químicas.
Por lo demás, siempre que sea posible es más eficiente utilizar directamente electricidad renovable. Por ejemplo, calentar edificios con calderas que utilizan hidrógeno renovable consume 5,5 veces más electricidad que las bombas de calor eléctricas, mientras que alimentar un vehículo de pila de combustible de hidrógeno con hidrógeno renovable consume tres veces más electricidad que uno que funcione con batería.
¿Existen nuevos usos racionales del hidrógeno renovable o verde?
Sí, estos usos suelen requerir hidrógeno por sus propiedades químicas, más que para utilizarlo como combustible o medio de almacenamiento de energía. Esto justifica las pérdidas de energía que supone fabricar hidrógeno renovable a partir de electricidad.
Un ejemplo es la producción de acero verde. El hidrógeno renovable puede utilizarse para sustituir al gas de síntesis fósil derivado del gas natural que se emplea actualmente en la reducción directa del mineral de hierro a hierro metálico (Direct Reduced Iron -DRI-), una materia prima para la fabricación de acero. La DRI elimina la necesidad de altos hornos tradicionales alimentados con coque derivado del carbón en el proceso de fabricación del acero, reduciendo así las emisiones de carbono.
¿Por qué no hemos ampliado ya la producción de hidrógeno renovable o verde?
La ampliación de la producción de hidrógeno renovable se enfrenta a múltiples retos, como los elevados costes, la escasez de equipos de electrólisis y un suministro insuficiente de generación de electricidad renovable.
Para garantizar que el hidrógeno renovable sea realmente verde, su fuente de electricidad debe serlo también. Esto significa que no sólo debe utilizarse energía eólica o solar, sino que debe tratarse de energía nueva generada expresamente para este fin; de lo contrario, sería mejor utilizarla para descarbonizar la red eléctrica existente.
También es importante que no se utilice la electricidad de la red para respaldar la electricidad de origen renovable utilizada, ya que de lo contrario las fuentes de energía basadas en combustibles fósiles acabarán fabricando el hidrógeno. Aunque la red puede utilizarse para suministrar energía para fabricar el hidrógeno, debe hacerse exactamente cuando la energía renovable esté disponible.
En consecuencia, los electrolizadores deben ser capaces de funcionar con niveles variables de entrada de electricidad para aprovechar al máximo las fluctuaciones de la energía renovable y evitar que aumenten aún más los costes de producción, una característica que aún tienen que demostrar plenamente, según una nota de analistas de BloombergNEF.
Todo esto, sumado al coste de los equipos de electrólisis del hidrógeno, hace que sea muy caro fabricar hidrógeno renovable. Actualmente no puede competir en costes con el hidrógeno de origen fósil, lo que refuerza la necesidad de dar prioridad a su uso en sectores nicho y de una política de hidrógeno eficaz para poner en marcha la industria del hidrógeno renovable.
¿Podemos fabricar hidrógeno renovable o verde cuando hay exceso de electricidad en la red?
Producir hidrógeno renovable cuando hay un exceso de electricidad renovable en la red es una idea popular de difícil rentabilidad.
Como las plantas de electrólisis que utilizan electricidad de origen renovable para producir hidrógeno verde son muy caras, utilizarlas sólo una parte del tiempo significa que su elevado coste de capital debe recuperarse de un número comparativamente menor de kilogramos de hidrógeno, lo que encarece cada kilogramo, aunque el coste de la energía para fabricar el hidrógeno sea bajo, nulo o incluso a veces negativo.
Aunque los electrolizadores se abaratarán con el tiempo, no es probable que el coste de todas las partes de una planta de electrólisis mejore drásticamente. Es poco probable que las plantas de electrólisis lleguen a ser lo suficientemente baratas como para funcionar a tiempo parcial, aunque funcionen exclusivamente con el exceso de electricidad renovable.
En consecuencia, habría que pagar a los productores o incentivarles de algún otro modo para que explotaran su planta de electrólisis a tiempo parcial y detuvieran la producción cuando la demanda de la red fuera elevada.
¿Puede mejorarse la eficiencia del hidrógeno renovable o verde?
La ineficacia del hidrógeno renovable cuando se utiliza como combustible o medio de almacenamiento de energía se debe en gran medida a las leyes de la termodinámica.
Aunque los electrolizadores y las pilas de combustible mejorarán su eficiencia con el tiempo, la eficiencia del uso del hidrógeno como combustible no cambiará significativamente en el futuro, ya que la ingeniería de estos sistemas está relativamente madura y las leyes de la termodinámica no cambian. Puedes leer una explicación más detallada de por qué ni siquiera los electrolizadores más eficientes resolverán los problemas de eficiencia del hidrógeno cuando se utiliza como combustible aquí.
¿Es la mezcla de hidrógeno en la red actual de gas natural una solución de descarbonización?
La mezcla de hidrógeno en la red de gas natural existente tendrá un impacto muy limitado en las emisiones de gases de efecto invernadero, al mismo tiempo que aumentará los costes para los consumidores.
Los gasoductos existentes no pueden transportar más de un 20% de hidrógeno mezclado con gas natural antes de requerir costosas adaptaciones de la infraestructura. La mezcla de hidrógeno con gas natural reduce el contenido energético, lo que significa que se necesita más de la mezcla para suministrar la misma cantidad de energía al consumidor final.
Los estudios demuestran que la mezcla de un 20% de hidrógeno renovable en los gasoductos de gas natural existentes supondrá un ahorro de emisiones de sólo un 7%. Teniendo en cuenta el valor del hidrógeno renovable, su incorporación a la red de gas natural no tiene sentido para conseguir un ahorro de emisiones tan limitado.
Investigaciones recientes sugieren también que la mezcla de hidrógeno en la red de gas aumenta las emisiones de óxidos de nitrógeno (NOx), que se asocian a un mayor riesgo de enfermedades respiratorias, lo que cuestiona aún más la seguridad de la combustión de hidrógeno en entornos domésticos.
¿Es el hidrógeno renovable o verde una solución de descarbonización para la aviación?
El hidrógeno renovable como combustible líquido directo para la aviación no es una solución de descarbonización debido a sus enormes necesidades de electricidad de origen renovable.
Mientras que un gran aerogenerador podría suministrar electricidad a 6.000 hogares durante todo un año, sólo podría alimentar, en el mejor de los casos, un vuelo al mes de un Boeing 787-9 a máxima autonomía con hidrógeno líquido.
En consecuencia, toda la aviación de corto y medio alcance, hasta unos 2.000 o 3.000 kilómetros, puede descarbonizarse más eficazmente pasando a las baterías. Los vuelos de distancias más largas probablemente se pasarán a los biocombustibles.
¿Son los vehículos de hidrógeno más sostenibles que los eléctricos de batería?
En la actualidad, los vehículos de pila de combustible de hidrógeno no son de emisiones cero y suelen funcionar con hidrógeno procedente de combustibles fósiles.
Aunque se les considera vehículos con “cero emisiones” porque el hidrógeno sólo produce vapor de agua como subproducto cuando se utiliza en una pila de combustible, la fabricación del hidrógeno que alimenta estos vehículos es un proceso que genera muchas emisiones.
En la actualidad, el 99% del hidrógeno se fabrica a partir de combustibles fósiles y es responsable de más emisiones que la industria mundial de la aviación. El hidrógeno renovable o verde de emisiones casi nulas es, y seguirá siendo, escaso. En consecuencia, es probable que los vehículos de hidrógeno nos obliguen a seguir utilizando combustibles fósiles.
Los vehículos de hidrógeno son unas tres veces menos eficientes que los vehículos eléctricos de batería cuando funcionan con hidrógeno renovable o verde de emisiones casi nulas. La eficiencia energética “Well to wheel” de los vehículos de hidrógeno, desde la producción del hidrógeno hasta su uso en una pila de combustible, es ligeramente superior al 30%, frente al 80% de un vehículo eléctrico.
Esto significa que los vehículos de hidrógeno consumen tres veces más electricidad, requieren tres veces más infraestructuras de generación de energía y suponen unos costes al menos tres veces superiores a los de los vehículos eléctricos de batería.
Además, los vehículos de hidrógeno requieren una infraestructura de repostaje totalmente nueva que añadirá un coste considerable a cada kilómetro recorrido, ya que los costes de la infraestructura se recuperan en el precio del combustible.
¿Qué ocurrirá si se ignoran las pruebas científicas sobre el papel del hidrógeno en la transición energética?
Ignorar lo que la ciencia indica sobre el hidrógeno en la transición energética tendrá implicaciones en términos de consumo excesivo de energía, altas emisiones de dióxido de carbono y elevados costes económicos.
Los Gobiernos que decidan utilizar el hidrógeno para proporcionar una parte significativa del suministro energético de su país estarán destinados a pagar grandes subvenciones a la industria del hidrógeno por un tiempo indefinido.
A escala mundial, si el despliegue del hidrógeno para usos inadecuados se satisface con la fabricación de hidrógeno renovable, habrá una grave escasez de electricidad de origen renovable para descarbonizar otros sectores de la economía. Esto retrasará considerablemente la transición energética y empeorará el calentamiento global.
Si la demanda de hidrógeno se satisface a gran escala fabricando hidrógeno a partir de combustibles fósiles, con o sin captura de carbono, es probable que las emisiones de dióxido de carbono aumenten considerablemente y que no se alcancen los objetivos de emisiones.
¿Es seguro el hidrógeno?
El hidrógeno se utiliza en aplicaciones industriales desde hace más de un siglo. Con el paso del tiempo, y a menudo como respuesta a accidentes ocurridos en el pasado, los usuarios industriales de hidrógeno han establecido normas y prácticas estrictas relacionadas con el hidrógeno para reducir su riesgo. Estas normas son costosas de aplicar y establecen límites sobre cómo debe transportarse, manipularse y almacenarse el hidrógeno para garantizar la seguridad.
El hidrógeno es una molécula pequeña y muy difusiva, por lo que es más difícil de contener que el gas natural, sobre todo a alta presión. Puede difundirse a través de tuberías de plástico y también reduce la resistencia a la fractura de los aceros utilizados en los gasoductos.
Las propiedades intrínsecas del hidrógeno lo hacen considerablemente más peligroso que el metano, el principal componente del gas natural, cuando se trata de incendios y explosiones. Tiene una gama muy amplia de concentraciones en las que puede inflamarse, y la energía necesaria para encenderlo es aproximadamente una octava parte de la del metano. La velocidad de la llama del hidrógeno también es unas ocho veces superior a la del metano, lo que significa que puede generar explosiones más dañinas cuando se enciende dentro de un espacio confinado.
Los tipos de “agentes endurecedores” que se añaden al gas natural para ayudar a detectar fugas son perjudiciales para los catalizadores utilizados en las pilas de combustible de hidrógeno. Por ello, la sustitución del gas natural por hidrógeno requeriría medidas de protección más estrictas que las habituales para el gas natural, a fin de evitar incendios y explosiones.
¿Es preocupante el uso de agua para la producción de hidrógeno?
La producción actual de hidrógeno a partir de combustibles fósiles utiliza una cantidad considerable de agua para producir vapor y también para la refrigeración. La producción de hidrógeno renovable requiere una cantidad de agua similar, aunque ligeramente superior, para el proceso de electrólisis.
Según un informe de la Agencia Internacional de Energías Renovables (IRENA), el hidrógeno renovable es la forma de hidrógeno más eficiente desde el punto de vista hídrico entre las que pretenden reducir las emisiones de gases de efecto invernadero. Dado que los sistemas de captura y almacenamiento de carbono (CAC) aumentan la demanda de agua para la producción de hidrógeno, incluso el hidrógeno renovable con mayor consumo de agua utiliza casi un tercio menos de agua por kilogramo de hidrógeno producido que el hidrógeno azul fabricado a partir de gas natural con CAC parcial.
Dado que el hidrógeno renovable requiere grandes cantidades de energía renovable, y que los mejores recursos renovables eólicos y solares se encuentran a menudo en regiones desérticas, el uso de agua para los proyectos de hidrógeno se ha planteado como una preocupación.
Sin embargo, el verdadero problema de la producción de hidrógeno no es el consumo de agua, sino el de energía. Desalinizar suficiente agua de mar para producir un kilogramo de hidrógeno requeriría unos 0,035 kilovatios-hora (kWh) de electricidad para hacer funcionar una unidad de ósmosis inversa. Producir un kilogramo de hidrógeno a partir de esa agua pura requiere entre 50 y 65 kWh.
Si el agua escasea, la mejor opción sería encontrar la forma de evitar la producción de un kilogramo de hidrógeno, con lo que se ahorraría electricidad suficiente para desalinizar 14.000 litros de agua pura, lo que refuerza una vez más la necesidad de priorizar el uso del hidrógeno renovable para nichos de mercado en los que no es posible la electrificación directa.
