El hidrógeno se utiliza principalmente para fabricar productos químicos como fertilizantes y en refinerías de petróleo. La mayor parte del hidrógeno en el mundo de hoy está hecho de gas natural o carbón, métodos asociados con grandes emisiones de dióxido de carbono. Por lo tanto, los países desarrollados están buscando "hidrógeno verde" en su lugar, producido utilizando electricidad renovable como la energía solar y eólica. Los expertos en energía Rod Crompton y Bruce Young explican los posibles beneficios y desafíos del hidrógeno verde.

¿Para qué se utiliza el hidrógeno?

La demanda mundial de hidrógeno alcanzó los 94 millones de toneladas en 2021 y contenía energía equivalente a aproximadamente el 2,5% del consumo de energía final mundial. Solo alrededor del 0,1% de la producción mundial actual de hidrógeno es verde, pero se planean grandes expansiones.

También se prevén nuevas aplicaciones para el hidrógeno verde.

La clasificación de Liebreich es un indicador útil de los mercados potenciales para el hidrógeno verde.

Dado que el objetivo de usar hidrógeno verde es realmente reducir el dióxido de carbono, las aplicaciones a las que se debe apuntar primero deben ser aquellas que producirán las mayores reducciones en las emisiones. La escalera de Liebreich muestra cuáles son. Las aplicaciones en la fila superior (verde) son un uso eficiente del valioso hidrógeno verde.

Pero actualmente cuesta mucho más producir hidrógeno verde que tipos de hidrógeno menos limpios. Usarlo para producir los 180 millones de toneladas anuales de amoníaco que se requieren a nivel mundial para la producción de fertilizantes tendría un efecto dominó severo en los precios de los alimentos.

Por lo tanto, es difícil ver cómo ocurrirá esta transición.

¿Cómo se fabrica el hidrógeno verde?

El hidrógeno verde está hecho de agua. Usando electricidad renovable ("verde"), los equipos llamados electrolizadores separan el hidrógeno del oxígeno en el agua (H₂O). El proceso se llama electrólisis.

La producción de hidrógeno verde no emite dióxido de carbono, pero la construcción de infraestructura eléctrica renovable actualmente utiliza combustibles fósiles, que sí emiten dióxido de carbono.

El hidrógeno se ha fabricado tradicionalmente a partir de fuentes de energía no renovables como el carbón ("hidrógeno negro") y el gas natural ("hidrógeno gris"). Cuando estos métodos se combinan con la captura y el almacenamiento de carbono, el hidrógeno producido se conoce como "hidrógeno azul".

¿Qué desafíos presenta el hidrógeno verde?

Aunque los costos de la generación de energía renovable se han reducido, el costo de la electrólisis aún no es comercialmente competitivo.

Hoy, el hidrógeno verde tiene un costo equivalente de energía estimado de entre US $ 250 y US $ 400 por barril de petróleo en la puerta de la fábrica, según la Agencia Internacional de Energía Renovable. Se pronostican futuras reducciones de costos, pero éstas son inciertas. Los precios actuales del petróleo rondan los 100 dólares por barril, mucho menos de lo que costaría usar hidrógeno verde en lugar de productos derivados del petróleo convencionales.

También hay que tener en cuenta los costes de transporte del hidrógeno.

Desafortunadamente, la física del hidrógeno está en contra del transporte de hidrógeno de bajo costo. Es mucho más desafiante que los combustibles líquidos a base de petróleo, el gas licuado de petróleo o el gas natural licuado. El transporte marítimo de hidrógeno debe realizarse a temperaturas muy bajas (-253 ℃). La gasolina o el diésel no necesitan refrigeración costosa:se transportan a temperatura ambiente.

Y el hidrógeno transporta solo el 25% de la energía que transporta un litro de gasolina, lo que hace que sea mucho más costoso transportar y almacenar la misma cantidad de energía.

Se han investigado formas alternativas de transportar hidrógeno. Debido a que el amoníaco (NH₃) es mucho más fácil y económico de transportar que el hidrógeno, la Agencia Internacional de Energía Renovable ha recomendado "almacenar" hidrógeno en amoníaco para el envío. Pero eso requiere equipo adicional para convertir el hidrógeno en amoníaco y eliminarlo en su destino. Estos procesos agregan costos de alrededor de US$2,50–US$4,20/kg (equivalente a US$123–US$207 por barril de petróleo) según la agencia.

El hidrógeno es más difícil de manejar que los combustibles fósiles convencionales. Es un gas incoloro, inodoro e insípido, a diferencia de los hidrocarburos convencionales. Esto dificulta la detección de fugas y aumenta el riesgo de incendio o explosión. Los fuegos de hidrógeno son invisibles al ojo humano.

Históricamente, el hidrógeno ha sido controlado dentro de los perímetros de las fábricas y administrado por personas capacitadas. La introducción generalizada del hidrógeno en la sociedad requerirá nuevas medidas y habilidades, incluidos seguros, manejo de materiales, extinción de incendios y gestión de desastres.

¿Dónde es probable que se construyan los primeros megaproyectos de hidrógeno?

La construcción del primer proyecto de hidrógeno verde a escala de gigavatios en Arabia Saudita ya ha comenzado. Muchos de los proyectos pioneros se construirán en el hemisferio sur, principalmente en países en desarrollo. Esto se debe a que están menos densamente pobladas y cuentan con mejores recursos de energías renovables (solar y eólica) para generar la electricidad necesaria.

Aunque esto puede parecer positivo para los países en desarrollo, existen grandes riesgos en el desarrollo de megaproyectos de hidrógeno. Por un lado, la "ley de hierro" de los megaproyectos establece:"Sobre presupuesto, sobre tiempo, bajo beneficios, una y otra vez". Los propietarios del proyecto asumen el riesgo de ejecución del proyecto.

Los riesgos también incluyen el riesgo de tipo de cambio, ubicaciones remotas, tecnología pionera y falta de habilidades. Los posibles países anfitriones tendrán que equilibrar estos riesgos con las tentaciones de mejorar la inversión, el empleo y la balanza de pagos. Sería prudente extraer garantías de sus países clientes para evitar la injusticia de que el sur global subsidie ​​al norte global en su transición hacia una energía más limpia.

Sudáfrica ahora tiene una "Hoja de ruta del hidrógeno" después de muchos años de financiación gubernamental. La empresa de energía Sasol y el fabricante de vehículos Toyota hablan de un "Valle del hidrógeno", un corredor geográfico de industrias de fabricación y aplicación de hidrógeno concentrado. Y el gobierno sudafricano y Sasol están hablando de establecer un nuevo puerto en la costa oeste en Boegoebaai para la fabricación y exportación de hidrógeno verde. En Nelson Mandela Bay, Hive Hydrogen está planeando una planta de amoníaco verde de 4.600 millones de dólares.

Namibia también tiene grandes planes para un proyecto de hidrógeno verde de 10.000 millones de dólares.

La clave para reducir los costos del hidrógeno verde en el futuro radica principalmente en las mejoras tecnológicas y las reducciones de costos relacionadas con la fabricación en masa y la ampliación de la electrólisis. Y en menor medida, reducciones de costes incrementales en transporte y manipulación. + Explora más

Generación de hidrógeno verde a partir de biomasa, una abundante fuente de energía renovable

Este artículo se vuelve a publicar de The Conversation bajo una licencia Creative Commons. Lea el artículo original.