Hidrógeno — vector, no fuente mágica

Producir, comprimir, transportar y usar hidrógeno sin confundir el depósito con el origen.

El color no está en el gas

Un vector de energía, no una fuente

El hidrógeno no es una fuente de energía primaria como el sol, el viento o el uranio: es un vector energético, es decir, un medio para transportar y almacenar energía que primero hay que producir a partir de otra fuente, gastando energía en el proceso. Antes de poder usarlo para nada, el hidrógeno tiene que producirse, y existen dos rutas principales completamente distintas en su coste ambiental. Puede separarse químicamente del gas natural mediante un proceso llamado reformado con vapor, que genera CO₂ como subproducto salvo que se instale un sistema de captura de carbono efectivo y a gran escala. O puede obtenerse del agua mediante electrólisis, un proceso que usa corriente eléctrica para separar las moléculas de agua en hidrógeno y oxígeno, consumiendo una cantidad considerable de electricidad en el proceso.

Por qué el color es solo una etiqueta de origen, no una medida

La industria ha popularizado una clasificación por colores —hidrógeno gris si viene de gas natural sin captura de carbono, azul si viene de gas natural con captura parcial de las emisiones, verde si viene de electrólisis alimentada con electricidad renovable— que resume de forma rápida la ruta de producción, pero que no sustituye en absoluto medir las emisiones reales del proceso completo. Un hidrógeno etiquetado como «verde» fabricado con electricidad que, en la práctica, proviene mayoritariamente de una red todavía dominada por combustibles fósiles en ese momento y lugar concretos, puede tener una huella de carbono muy superior a la que su etiqueta sugiere. El color es un resumen útil de la ruta tecnológica elegida; la cifra real de emisiones, fugas de metano en el caso del gas natural, electricidad consumida y agua utilizada es lo único que permite una comparación honesta.

La electrólisis pierde energía en cada conversión

Producir hidrógeno mediante electrólisis no es un proceso perfecto: los electrolizadores comerciales actuales alcanzan eficiencias de conversión de electricidad a hidrógeno de alrededor del 70-80%, lo que significa que una parte significativa de la electricidad de entrada se pierde como calor en el propio proceso de separación. Y esa es solo la primera conversión: si después ese hidrógeno se usa para generar electricidad de vuelta mediante una pila de combustible —el llamado ciclo completo «electricidad a hidrógeno y de vuelta a electricidad»—, la eficiencia total del recorrido de ida y vuelta cae considerablemente, porque cada conversión de una forma de energía a otra pierde una fracción adicional.

Después de producirlo: comprimir, transportar, volver a transformar

Una vez producido, el hidrógeno tiene que comprimirse a alta presión, licuarse a temperaturas extremadamente bajas, o convertirse químicamente en otra molécula más fácil de manejar —como el amoníaco— para poder almacenarlo y transportarlo de forma práctica. Cada uno de esos pasos adicionales requiere equipos especializados y consume energía adicional, reduciendo todavía más la eficiencia neta del sistema completo. Finalmente, para aprovechar esa energía almacenada, hay que volver a transformar el hidrógeno en calor mediante combustión directa, en movimiento mediante un motor adaptado, o en electricidad mediante una pila de combustible — y esta última conversión tiene su propia eficiencia limitada, típicamente entre el 50% y el 70% según el diseño de la pila. En un vehículo con pila de combustible, además del depósito de hidrógeno a presión, hace falta la propia pila (que suele contener platino como catalizador, un metal escaso y caro), membranas especializadas, una batería auxiliar para gestionar picos de potencia, y motores eléctricos — un conjunto de componentes considerablemente más complejo que el de un vehículo eléctrico de batería simple.

Útil, pero no para todo

Nada de esta cadena de pérdidas hace que el hidrógeno sea inútil como tecnología: su capacidad de almacenar energía durante periodos muy largos —semanas o meses, algo que ninguna batería química hace de forma económica a gran escala— y de alimentar procesos industriales que son genuinamente difíciles de electrificar directamente —producción de acero, fabricación de amoníaco para fertilizantes, ciertos transportes pesados de largo recorrido— puede ser muy valiosa. Lo que sí hace inadecuado el hidrógeno es su uso en aplicaciones donde ya existe una ruta eléctrica directa más simple, más eficiente y con menos pérdidas de conversión — calentar una vivienda con una bomba de calor, o mover un turismo con una batería, en la inmensa mayoría de los casos evitan por completo esta larga cadena de conversiones.

Dónde tiene sentido preguntar por hidrógeno

Puede ser relevante para fertilizantes, acero, química, ciertos transportes pesados y almacenamiento de larga duración. Para calentar una vivienda o mover un turismo, una bomba de calor o una batería suelen evitar conversiones y usar menos electricidad de origen.

Antes de celebrar un «motor de hidrógeno», pregunta: ¿es combustión o pila de combustible?, ¿de dónde sale el H₂?, ¿cuánta energía recorre toda la cadena?, ¿hay emisiones de óxidos de nitrógeno?, ¿qué depósito e infraestructura necesita?, ¿qué alternativa directa presta el mismo servicio?

Investigar es razonable; presentar un prototipo como solución universal no.

Los números, con su origen

Cuánto se pierde en cada conversión

Los electrolizadores comerciales actuales convierten electricidad en hidrógeno con una eficiencia de aproximadamente 70-80% (los equipos comerciales típicos rondan el 79%, del orden de 50 kWh de electricidad por kilogramo de H₂ producido); los sistemas más avanzados en desarrollo apuntan a superar el 80%. Si ese hidrógeno se vuelve a convertir en electricidad mediante una pila de combustible, con una eficiencia típica de 50-70%, la eficiencia total del ciclo completo de ida y vuelta —electricidad a hidrógeno y de vuelta a electricidad— cae a una cifra que en los sistemas más habituales ronda solo el 37-40%, aunque configuraciones avanzadas de alta gama pueden acercarse al 60-70% en condiciones óptimas.

Fuentes: California Energy Commission — Ultra-high Efficiency, Lower-Cost Green Electrolytic Hydrogen; Wikipedia — Roundtrip efficiency.

Comparado con una batería, la diferencia es enorme

Una batería de ion-litio moderna tiene una eficiencia de ida y vuelta (cargar y luego descargar) típicamente superior al 85-95% — muy por encima del 37-40% habitual del ciclo completo de hidrógeno. Esta diferencia explica por qué, para aplicaciones de almacenamiento de horas o de un día —absorber el excedente solar del mediodía para usarlo por la noche, por ejemplo—, una batería suele ser la opción más eficiente. El hidrógeno recupera ventaja precisamente en el terreno donde una batería no compite bien: el almacenamiento de muy larga duración, de semanas o de temporadas completas, donde la baja eficiencia de conversión importa menos que la capacidad de guardar mucha energía durante mucho tiempo sin las pérdidas por autodescarga que sufre cualquier batería química a esas escalas de tiempo.

Qué falta en esta tabla

Ninguna de estas cifras de eficiencia incluye el coste energético de comprimir, licuar o transportar el hidrógeno una vez producido —pasos adicionales que restan todavía más eficiencia al sistema completo—, ni el coste de fabricar el propio electrolizador o la pila de combustible, que dependen de materiales como el platino, con su propia cadena de extracción y su propio coste ambiental.

Fuentes