El hidrógeno es el elemento más abundante en el universo. Si bien no se encuentra de forma aislada en la naturaleza, su producción a partir de energías renovables es posible y solo en este caso recibe la denominación de "hidrógeno verde". Al producirse sin emisiones de gases de efecto invernadero, este combustible renovable presenta un enorme potencial. Puede almacenarse como gas o líquido y distribuirse a través de gasoductos, siendo un posible sustituto del gas natural, gasolina, diesel y otros derivados del petróleo, así como una importante fuente de energía.

La Conferencia de la ONU sobre Cambio Climático o Conferencia de las Partes 28 (COP28), efectuada en Dubai en diciembre de 2023, marcó hitos para el acelerado fin de los combustibles fósiles. El acuerdo estableció la reducción del 43% de emisiones para 2030 y las cero emisiones netas para 2050. También la preservación del objetivo de no superar el 1.5°C de calentamiento global. Sin embargo, es imposible alcanzar los objetivos energéticos establecidos sin desarrollar una economía basada en fuentes alternativas a los combustibles fósiles. De este modo, el hidrógeno es uno de los principales candidatos para esta transición. No obstante, su difícil obtención y elevado coste supone todavía un desafío para su aprovechamiento masivo. Además, el hidrógeno no es intrínsecamente renovable, ya que su condición dependerá del proceso utilizado para su obtención. Solamente cuando es producido mediante métodos basados en energías renovables, como la electrólisis del agua alimentada por electricidad solar o eólica, podrá considerarse como tal.

En función de su sostenibilidad, existen tres tipos distintos de hidrógeno: hidrógeno gris, hidrógeno azul e hidrógeno verde. De estos, el hidrógeno gris es el más utilizado actualmente, pero es el menos respetuoso con el medio ambiente, ya que su generación aún requiere de combustibles fósiles y su producción se realiza a través de diferentes métodos. El reformado de gas natural es el más utilizado, donde el vapor de agua a alta temperatura disocia el carbono del hidrógeno. Otro método es la gasificación con vapor de agua y oxígeno puro realizada a partir de carbón o biomasa, generando dihidrógeno y monóxido de carbono.

El hidrógeno azul, aunque también requiere de combustibles fósiles, emite menos carbono, se obtiene mediante el proceso de reformado de metano a partir del gas natural, seguido de la captura y almacenamiento de carbono que comúnmente se deposita bajo tierra. Aunque más económico, este proceso no elimina la dependencia de combustibles fósiles

El hidrógeno verde es la opción más ecológica, ya que se produce a partir de energías renovables, siendo 100% sostenible. La electrólisis del agua es el método más sostenible cuando se utiliza energía renovable, ya que se descompone la molécula de agua en oxígeno e hidrógeno mediante una corriente eléctrica continua. No obstante, requiere de agua dulce en abundancia, lo que dificulta su aplicación en zonas áridas o costeras. para superar este problema, se ha pensado en la desalinización aunque esto incrementa aún más los costes. 

Para hacer frente a este problema, recientes investigaciones han desarrollado la electrólisis directa del aire (DAE), aprovechando la humedad presente en la atmósfera. Los módulos DAE extraen agua del aire mediante sistemas de cosecha, almacenamiento y posterior electrólisis impulsada con energía solar. Esta técnica permite generar hidrógeno verde de manera independiente al acceso a agua dulce, aprovechando las fuentes de energía renovable donde se ubiquen, incluso en desiertos.

Un experimento publicado en la prestigiosa revista Nature logró producir 1490 ml de hidrógeno puro en un día con 5 módulos DAE. Tras 8 meses de operación continua, mantuvieron su eficiencia cercana al 20%, umbral fijado por el Departamento de Energía de EEUU. La DAE abre oportunidades en zonas áridas y países en desarrollo con escasez hídrica, al aprovechar la humedad constante del 12,9 billones de toneladas de agua en la atmósfera.

Desafíos por superar

El hidrógeno verde representa una gran oportunidad para descarbonizar sectores energéticos. Sin embargo, su implantación a gran escala aún enfrenta importantes desafíos que es necesario superar. Uno de los principales retos es el almacenamiento y espacio ya que el hidrógeno requiere mayor volumen que los combustibles fósiles para almacenar la misma cantidad de energía. Esto dificulta su uso en entornos con espacio limitado, como buques y aunque se pueda comprimir, sigue necesitando depósitos y tuberías más grandes y actualmente no existe una red logística y portuaria para su suministro masivo.

Los costos en la actualidad también representan un obstáculo importante aunque se espera que reduzcan conforme se popularicen las energías renovables. Asimismo, la tecnología para su desarrollo aún requiere progresos. Faltan avances para hacer económicamente viable la conversión de buques y sistemas de propulsión a hidrógeno. Incluso el marco normativo y la resistencia al cambio por parte de algunas empresas serían importantes puntos a superar.

Si bien el hidrógeno verde enfrenta desafíos para su implementación a gran escala, algunas empresas pioneras ya desarrollan importantes proyectos. Acciona Energía, por ejemplo, lidera el sector de las energías renovables a nivel mundial y la compañía busca impulsar soluciones que permitan avanzar en la descarbonización del sistema energético. Con este fin, inauguró en marzo de 2022 su iniciativa "Power to Green Hydrogen Mallorca". Este incluye la construcción de una planta de electrólisis alimentada por dos plantas fotovoltaicas, así como una estación de repostaje de hidrógeno verde en la isla de Mallorca, España.  La planta producirá y distribuirá más de 300 toneladas anuales de este combustible para abastecer flotas de autobuses públicos y comerciales. Asimismo, proveerá energía auxiliar a ferris y puertos. Ello evitará la emisión de 16.000 toneladas de CO2 a la atmósfera cada año. De este modo, Acciona lidera iniciativas que apuntan el camino hacia una mayor implementación del hidrógeno verde.

Usando la bioquímica y microbiología

Adicional a las alternativas descritas anteriormente existen otras para generar hidrógeno verde como la producción a partir de celulosa, el reformado de etanol y azúcares, y el llamado "ciclo híbrido del azufre". Este último método, desarrollado por Westinghouse en los 70, requiere menor energía en la electrólisis, lo que podría abaratar costos. Otra estrategia prometedora es utilizar consorcios de algas y bacterias, evitando el uso de combustibles fósiles o energía en la electrólisis del agua.

En este sentido, un reciente estudio demostró que la unión del alga Chlamydomonas y las bacterias Microbacterium forte, Bacillus cereus y Stenotrophomonas goyi genera hidrógeno de manera continua. Además, produce biomasa para ser usada como energía renovable. Esto es posible gracias a que las bacterias se benefician de los nutrientes y CO2 que el alga libera, mientras el alga obtiene el ácido acético necesario para su producción de hidrógeno. Esto lo hace más estable que otros consorcios. Además, estos consorcios aprovechan las aguas residuales como fuente de nutrientes, facilitando una producción más sostenible de biohidrógeno con rendimientos 10 veces mayores.

El hidrógeno verde representa una revolución en la transición hacia una economía global descarbonizada y sostenible. Si bien todavía enfrenta desafíos técnicos y económicos para su implementación a gran escala, está demostrando ser una alternativa viable y renovable para descarbonizar sectores energéticos intensivos en carbono como industria, transporte y calefacción residencial. La creciente investigación y desarrollo de innovadoras técnicas como la electrólisis directa del aire y el uso de consorcios de algas y bacterias permitirán superar barreras como la disponibilidad de agua y reducir los costos. Asimismo, iniciativas pioneras de empresas líderes apuntan el camino para una mayor adopción del hidrógeno verde.

En el marco de los acuerdos por el cambio climático que promueven las cero emisiones para 2050, el hidrógeno verde cobra un rol estratégico para reemplazar los combustibles fósiles y alcanzar una matriz energética 100 % renovable. Su condición de energía limpia, renovable y que permite el almacenamiento a gran escala, posiciona al hidrógeno verde como un pilar fundamental para el futuro energético sustentable del planeta.

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(*) Decano del Colegio de Biólogos del Perú – Consejo Regional III – Lambayeque.

 respuesta de LUIS ARMANDO el 2020-02-29.

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