Aunque tenemos varios tipos de hidrógeno clasificado por colores según su procedencia y grado de contaminación, siendo el hidrógeno verde el menos contaminante, científicamente se ha visto que el uso de hidrógeno como combustible aumentaría el metano atmosférico, el cual es un gas muy potente del efecto invernadero, incluso mucho más que el CO2, por lo que se aumentaría la contaminación y se aceleraría el cambio climático. Aquí te explicamos por qué esto sería así.
El hidrógeno, el elemento más abundante del universo, más ligero y más simple, está llamado a ser la panacea de los combustibles alternativos y a desempeñar un papel importante en la descarbonización, ya que puede almacenarse en estado gaseoso o líquido y distribuirse a través de gasoductos sin emitir contaminantes; además también tiene aplicaciones en las refinerías, en la producción de amoníaco y en la de acero.
Antes de explicar por qué el uso de hidrógeno como combustible aumentaría el metano en la atmósfera, hay que tener en cuenta los distintos métodos que se emplean para la obtención de este elemento.
Dado que el hidrógeno no se halla aislado en la Tierra, su obtención es difícil y costosa. Así pues, existen varios métodos para su producción a partir de otras moléculas o sustancias que lo contienen, como el agua y otros hidrocarburos. De manera que, estas moléculas se dividen aportando energía, que luego puede recuperarse mediante una recombinación con el oxígeno para producir agua. De ahí que se describa el hidrógeno como un vector energético y no como una fuente de energía primaria.
Los principales métodos de obtención de hidrógeno son los siguientes:
– Obtención de hidrógeno a partir de gas natural (metano), hidrógeno reformado con vapor de gas natural o Reformado de Metano con Vapor (SMR):
Alrededor de un 95% de la producción de hidrógeno se hace mediante este método, el cual utiliza gas natural (metano) y supone la emisión de 830 millones de toneladas de dióxido de carbono (CO2) como subproducto. En este caso, el vapor y el gas natural, una vez tratados para eliminar los contaminantes, se calientan juntos a alta presión a ~ 900ºC sobre un catalizador a base de níquel. El resultado es una mezcla de monóxido de carbono (CO) e hidrógeno, conocida como Syngas, el cual se trata posteriormente en una reacción de cambio de gas a agua para producir más cantidad de hidrógeno y dióxido de carbono. Actualmente, el CO2 producido se libera a la atmósfera, pero puede utilizarse como subproducto, por ejemplo, en el procesamiento y envasado de alimentos, donde, de nuevo, se libera finalmente a la atmósfera.
Otra vía para suministrar calor a la reacción de hidrógeno reformado con vapor, es mediante la oxidación parcial del metano, que genera calor a medida que se produce la reacción, y que puede acoplarse a la reacción de reformado con vapor para crear lo que se conoce como hidrógeno reformado autotérmico (ATR). Al no necesitar calor externo, se trata de un reformado más eficiente y compacto, lo que significa un menor coste y menos emisiones de carbono.
En ambos casos, para deshacerse del carbono remanente, los productores de hidrógeno recurren al método de ‘captura y almacenamiento de carbono’, una técnica que permite ‘inyectar’ bajo tierra este exceso de este contaminante, lo cual daría como resultado el llamado ‘hidrógeno azul’.
– Obtención de hidrógeno a partir de agua:
La ruta alternativa que se está promoviendo con fuerza es la producción de hidrógeno mediante la electrólisis del agua, especialmente utilizando electricidad renovable, dando lugar al famoso hidrógeno verde. Este proceso consiste en la descomposición de las moléculas de agua (H2O), en oxígeno (O2) e hidrógeno (H2) mediante electricidad, requiriendo una gran cantidad de esta. Si queréis comprobar por vosotros mismos el funcionamiento de este proceso, tenéis disponibles algunos kits o máquinas más o menos complejas, ya sea para la enseñanza, como para nivel profesional.
La electrólisis puede ser de agua a baja temperatura mediante electrolizadores alcalinos o PEM, o de vapor a alta temperatura mediante electrolizadores de óxido sólido, siendo esta última más fácil de integrar en los procesos industriales, especialmente cuando se dispone de calor residual y se pueden obtener eficiencias de proceso muy altas.
Estos sistemas de obtención de hidrógeno pueden llegar a ser rentables a partir de los 3,23 euros el kilo, aunque se espera que en los próximos 10 años los costes de producción de hidrógeno verde descenderán en un 70% o incluso más, si los precios de la electricidad procedente de fuentes renovables siguen disminuyendo, tal y como lo está haciendo actualmente, y si los costes de los electrolizadores también continúan bajando.
Sin embargo, como hemos dicho al principio, el uso de hidrógeno como combustible aumentaría el metano en la atmósfera, según un estudio publicado en “Nature Communications” de investigadores de la Universidad de Princeton y la NOAA. Esto se debe a que si se filtra hidrógeno a la atmósfera este reacciona fácilmente con el radical hidroxilo (OH) conocido como “el detergente de la atmósfera”, puesto que desempeña un papel fundamental en la eliminación de gases de efecto invernadero como el metano al unirse a ellos, pero que, al reaccionar con el hidrógeno liberado, da lugar a un aumento de metano, ya que, por su afinidad, el OH se une al hidrógeno y queda menos OH libre para unirse al metano. Como consecuencia, el metano permanecería más tiempo en la atmósfera, extendiendo su impacto en el medio ambiente.
Según el Doctor Matteo Bertagni, investigador del Instituto Ambiental High Meadows de la Universidad de Princeton, Estados Unidos, “los efectos de un pico de hidrógeno, que podría ocurrir a medida que se expandan los incentivos gubernamentales para la producción de hidrógeno, podrían tener consecuencias climáticas para el planeta durante décadas. Si se emite algo de hidrógeno a la atmósfera ahora, esto conducirá a una acumulación progresiva de metano en los próximos años. Y aunque el hidrógeno solo tiene una vida útil de alrededor de dos años en la atmósfera, todavía tendrá la retroalimentación del metano de ese hidrógeno dentro de 30 años”.
Para el hidrógeno verde, Bertagni indica que el umbral crítico para las emisiones de hidrógeno se sitúa en torno al 9%. Eso significa que, si más del 9% del hidrógeno verde producido se filtra a la atmósfera, ya sea en el punto de producción, en algún momento durante el transporte o en cualquier otro lugar a lo largo de la cadena de valor, el metano atmosférico aumentaría en las próximas décadas, cancelando algunos de los beneficios climáticos de abandonar los combustibles fósiles.
Y para el hidrógeno azul (el hidrógeno producido a través del reformado de metano con la posterior captura y almacenamiento de carbono), el umbral de emisiones es aún más bajo. Debido a que el metano en sí mismo es el insumo principal para el proceso de reformado de metano, los productores de hidrógeno azul deben considerar la fuga directa de metano además de la fuga de hidrógeno. Por ejemplo, los investigadores descubrieron que incluso con una tasa de fuga de metano tan baja como el 0,5 %, las fugas de hidrógeno tendrían que mantenerse por debajo del 4,5 % para evitar el aumento de las concentraciones de metano en la atmósfera.
No obstante, los investigadores señalan que el hidrógeno es muy pequeño y difícil de atrapar, lo que dificulta la estimación de cuánto hidrógeno se filtrará realmente a medida que se produzca más. “La gestión de las tasas de fuga de hidrógeno y metano será fundamental”, confesó Bertagni, a lo que añadió: “Si solo tiene una pequeña fuga de metano y de hidrógeno, entonces el hidrógeno azul que se produce realmente podría no ser mucho mejor que usar combustibles fósiles, al menos durante los próximos 20 a 30 años”.
“Es imperativo que seamos proactivos en el establecimiento de umbrales para las emisiones de hidrógeno, de modo que puedan usarse para informar el diseño y la implementación de la futura infraestructura del hidrógeno”, explica el profesor Amilcare Porporato, coautor del estudio realizado en Princeton y profesor de ingeniería civil y ambiental en el Instituto Ambiental de High Meadows.
“Si las empresas y los gobiernos se toman en serio la inversión de dinero para desarrollar el hidrógeno como recurso, deben asegurarse de hacerlo de manera correcta y eficiente”, dice Bertagni, a lo que agrega finalmente: “En última instancia, la economía del hidrógeno debe construirse de una manera que no contrarreste los esfuerzos de otros sectores para mitigar las emisiones de carbono”.
“Tenemos mucho que aprender sobre las consecuencias del uso de hidrógeno, por lo que el cambio a hidrógeno, un combustible aparentemente limpio, no crea nuevos desafíos ambientales”, dijo Amilcare Porporato.
Fuentes: CIC energiGUNE, ABC Ciencia, Europa Press Cienciaplus y National Geographic