¿Qué es el hidrógeno verde?
Publicado: 29.OCT.2024
El hidrógeno (H2) es el más sencillo de todos los elementos de la tabla periódica. El nombre de hidrógeno proviene de los términos "hidro" (agua) y "génesis" (generador) para hacer referencia a que esta partícula elemental, junto con el oxígeno (O2), generan la molécula de agua (H2O). Como el 70% de nuestro planeta está compuesto por agua, ya da una idea de la enorme abundancia de este elemento en la naturaleza.
A temperatura ambiente, el hidrógeno es un gas incoloro, inodoro y no tóxico, pero no se encuentra libre en la naturaleza por su gran tendencia a asociarse con otros elementos para formar moléculas, como es el caso del agua. Por lo tanto, para poder obtenerlo es necesario llevar a cabo un proceso de transformación mediante la aplicación de ciertas tecnologías, partiendo de ciertos compuestos que contienen hidrógeno en su composición.
Características del hidrógeno
El hidrógeno se considera que es un vector energético y no una fuente de energía como puedan ser la radiación solar o el gas natural.
Un vector energético es cualquier sustancia o dispositivo capaz de almacenar energía, de tal manera que posteriormente pueda ser liberada de una manera controlada. Por tanto, lo interesante del hidrógeno es que puede usarse como una opción para el almacenamiento de energía.
Actualmente, casi el 80% del hidrógeno que se produce industrialmente proviene de fuentes fósiles, pero en su proceso productivo se emiten grandes cantidades de CO2. Cambiar esta manera de producirlo es crucial para hacer del hidrógeno un actor imprescindible en un futuro sostenible.
El gran atractivo del hidrógeno para ser usado como elemento de almacenamiento de energía es que tiene una densidad energética (valor de energía por unidad de masa) muy elevada. Mucho más que los combustibles convencionales. A modo de ejemplo, 1 Kg de hidrógeno contiene un valor energético 3 veces más alto que 1 Kg de gas natural.
Pero el problema del hidrógeno está en su baja densidad. El hidrógeno es un gas muy ligero con una densidad de tan sólo 0,09 Kg/m3. De hecho, una masa de 1 kg de hidrógeno ocupa aproximadamente un volumen de 11.200 litros en condiciones normales (0 oC y 1 atm de presión). Un valor demasiado elevado y que provoca que no se pueda almacenar una cantidad másica importante de hidrógeno en un volumen razonable.
Para poder solventar este inconveniente, puede realizarse una compresión o bien una licuación del hidrógeno (transformar el hidrógeno en estado líquido) para conseguir más masa de hidrógeno por unidad de volumen. Pero ello requiere una energía adicional que debe ser aportada al proceso y, por tanto, se tendría que tener en cuenta en el balance energético final.
El punto de ebullición del hidrógeno es -253 oC, lo que significa que por encima de esa temperatura el hidrógeno es gaseoso y muy ligero. Para conseguir un almacenamiento en forma líquida se necesitaría bajar por debajo de esa temperatura, lo que supondría unos recursos tecnológicos y energéticos importantes para alcanzar esas temperaturas tan extremadamente bajas.
Principales aplicaciones del hidrógeno
Hasta hace relativamente poco, más de la mitad del hidrógeno que se producía industrialmente en el mundo se empleaba para la elaboración de fertilizantes basados en el amoniaco (NH3).
Sin embargo, la sociedad actual se ha marcado otras metas más acuciantes, donde se prima el cuidado y conservación del medio ambiente. En este sentido, la electrificación de la actividad humana, no sólo la actividad industrial, sino también las distintas formas de movilidad que implica el transporte de personas o mercancías, se presenta como una solución sostenible que hará posible un futuro con cero emisiones.
Para conseguir un mayor grado de electrificación, se están desarrollando nuevas tecnologías asociadas al almacenamiento de energía. Un ejemplo lo tenemos con la reciente aparición de las pilas de combustible y su aplicación en muchos sectores como en la automoción. Esta nueva tecnología va a suponer, en un futuro inmediato, la utilización masiva de hidrógeno como un combustible alternativo que lo situará en un lugar privilegiado.
Una pila de combustible se define como cualquier dispositivo capaz de transformar la energía química almacenada en un combustible en energía eléctrica, a partir de una reacción química. En el interior de la pila de combustible se lleva a cabo una reacción química controlada que emplea como reactivos un combustible (por ejemplo, el hidrógeno) y un elemento oxidante (generalmente, oxígeno), dando lugar a otros productos (vapor de agua si el combustible es el hidrógeno) y a una corriente eléctrica que se evacua a un circuito externo. Esta energía eléctrica puede ser utilizada para otros usos, como por ejemplo, para hacer funcionar el motor eléctrico de un vehículo.
De todos los combustibles posibles que se pueden utilizar en una pila, es el hidrógeno el más empleado para la fabricación de pilas de combustible con aplicaciones en la automoción. Los llamados vehículos de hidrógeno utilizan este elemento como combustible para hacer funcionar la pila que genera la electricidad para propulsar al vehículo.
El uso de pilas de hidrógeno está plenamente justificado, debido a que el hidrógeno es un elemento que abunda en la naturaleza y su reacción con el oxígeno resulta no contaminante, dado que como producto de la reacción se genera vapor de agua, según la siguiente reacción química: H2 + ½ O2 → H2O.
Esquema de aplicación de la pila de combustible en vehículos de hidrógeno
Clasificación del hidrógeno según su fuente de producción
Por lo tanto, la cada vez mayor electrificación de la actividad humana posiblemente vaya asociada a una mayor demanda de hidrógeno en el futuro, elemento que deberá ser obtenido mediante procesos industriales.
Pero para alcanzar una economía descarbonizada, se hace necesario distinguir las diferentes fuentes con las cuales se producirá el hidrógeno, para identificar aquellas que sean más sostenibles con el medioambiente de las que no lo sean.
Por ello, recientemente se ha popularizado una clasificación, mediante el uso de colores, de los tipos de hidrógenos según sea su fuente de producción, ya sea generado a partir de combustibles fósiles, de fuentes renovables, etc.
En este sentido, el hidrógeno, dependiendo de la fuente de origen, ha sido clasificado en diferentes colores:
• El hidrógeno gris: Es el hidrógeno producido a base de combustible fósiles, principalmente el gas natural, a través de un proceso que provoca la liberación de cantidades importantes de CO2, sin tecnología de captura. Lo que lo diferencia del hidrógeno marrón y del negro son las cantidades de CO2 liberados.
• El hidrógeno azul: Es un hidrógeno que también se produce a partir de combustible fósiles, pero con un control de las emisiones de CO2 que se liberan durante el proceso de producción a través de técnicas de captura/secuestro (CCS).
• El hidrógeno verde: Es el hidrógeno producido, generalmente, a partir de la electrólisis del agua y haciendo uso de energías renovables, principalmente de la energía solar o la eólica.
• El hidrógeno negro o marrón: Es un término que se refiere al hidrógeno producido mediante la utilización del carbón.
• El hidrógeno blanco: Se trata de un término incorporado recientemente que hace referencia al hidrógeno geológico de origen natural, que se encuentra en depósito subterráneos y puede extraerse mediante la fractura hidráulica, aunque hoy en día todavía no existe una estrategia global sobre la explotación de este recurso.
• El hidrógeno rosa: Es un hidrógeno producido mediante energía nuclear, y donde en su proceso de producción no se emiten gases de efecto invernadero.
• El hidrógeno turquesa: Es un hidrógeno poco conocido, que se produce a través de un proceso llamado pirólisis del metano que genera hidrógeno y carbono sólido. Además, se caracteriza por sus bajas emisiones de CO2.
• El hidrógeno amarillo: Este término se ha incorporado recientemente para hacer referencia al hidrógeno producido a través de la electrólisis del agua con energía solar, exclusivamente.
En resumen, el hidrógeno es considerado como la gran apuesta del futuro en el camino de alcanzar un mundo más sostenible y con cero emisiones. Como vector energético, el hidrógeno sirve como una forma muy versátil de almacenamiento de energía, que permite su uso en una amplia gama de posibilidades, principalmente para la generación de electricidad mediante el empleo de pilas de combustible con aplicaciones en el transporte (vehículos eléctricos) o la industria.
Pero además, el llamado hidrógeno verde es el que más ventajas medioambientales aporta a la sociedad, dado que para su producción se emplea sólo energía procedente de fuentes renovables, como la solar o la eólica, lo que ayuda a la sociedad a reducir su dependencia de los combustibles fósiles y a disminuir las emisiones de gases de efecto invernadero.
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