Como ya se expuso en el Apartado I.1, el hidrógeno emerge con fuerza como vector energético, como alternativa realista a los combustibles fósiles (carbón, petróleo y gas natural), cuya combustión es responsable de los altos niveles de contaminación y del cambio climático que experimenta nuestro planeta. Así, nace el término “economía del hidrógeno” respondiendo a una visión de futuro donde este gas, generado de forma limpia y económica a partir de fuentes primarias renovables, servirá para alimentar el grueso de las necesidades energéticas de la sociedad a través de su uso en pilas de combustible[119].
Sin embargo, durante mucho tiempo, los inconvenientes de la utilización de hidrógeno han sido claramente superiores a sus ventajas, fundamentalmente debido a los problemas asociados a aspectos de seguridad; existe una “alarma social” relacionada con el uso del hidrógeno. Recordemos por ejemplo, el desastroso incendio que se produjo en el dirigible alemán Hindenburgh en New Jersey en 1937 (Figura I.15) que actuó como detonante para considerar al hidrógeno un combustible peligroso. Un aspecto esencial para reducir la alarma social es, por tanto, almacenar el hidrógeno de forma segura.
Figura I.15. Incendio del dirigible alemán Hindenburgh en New Jersey en 1937.
El hidrógeno no es una fuente de energía primaria, sino secundaria es decir, no puede extraerse de manera sencilla de la Tierra, como ocurre con los combustibles fósiles. El hidrógeno necesita ser extraído a partir de compuestos que lo contienen en la
naturaleza, principalmente agua, y esta separación requiere energía[120]. Por tanto, el
impacto medioambiental del hidrógeno dependerá de la fuente de energía empleada para su obtención. A fecha de hoy, aproximadamente el 95% de la producción del hidrógeno se realiza a partir de combustibles fósiles, mientras que sólo un 5% de la producción de hidrógeno se realiza a través de la electrólisis del agua, es decir, la separación del hidrógeno que contiene el agua mediante energía eléctrica. Por otro lado, la electrólisis del agua es posible efectuarla utilizando electricidad generada por alguna fuente primaria de energía (p. ej. eólica, solar, mareomotriz, etc.)[121-123] sin
implicar ninguna emisión de contaminantes. El uso posterior del hidrógeno como combustible, generaría energía y agua cerrándose un ciclo sostenible con el medio ambiente (Figura I.16).
Figura I.16. Esquema de la economía del hidrógeno basada en energías primarias.
Sin embargo, la utilización masiva de hidrógeno ha de ir necesariamente asociada a una drástica reducción en los costes de producción.
Barreras actuales:
Aunque se están realizado importantes avances tecnológicos, la implantación de la economía del hidrógeno no es inmediata y requiere dar respuesta a importantes retos tecnológicos, económicos y sociales. Desde el punto de vista de la producción, hay que
considerar que los métodos actuales resultan costosos y se basan principalmente en la gasificación de combustibles fósiles a altas presiones y temperaturas. Por ahora, los procesos basados en energías renovables no se encuentran suficientemente desarrollados y a nivel industrial su coste es muy caro. Por otro lado, para dar respuesta a una demanda global de este tipo de energía, se necesitaría el desarrollo de un sistema de distribución de hidrógeno similar al que existe hoy en día para la gasolina.
El almacenamiento supone otro reto aún por resolver ya que, debido a su baja densidad energética, se necesitan enormes volúmenes de hidrógeno para alimentar procesos con alta demanda energética. En la actualidad se investiga en el desarrollo de tanques de alta presión, adsorbentes porosos e hidruros metálicos que permitan almacenar cantidades suficientes de este compuesto en espacios reducidos. El precio actual de las pilas de combustible y su fiabilidad supone otra barrera a la aplicación masiva de esta tecnología. Además, como se ha comentado anteriormente, la seguridad es un punto clave en el desarrollo de una economía del hidrógeno ya que es un elemento altamente inflamable y potencialmente explosivo en contacto con el oxígeno de la atmósfera. El adecuado almacenamiento del mismo es por tanto vital; además se deben adoptar normativas de seguridad específicas que son diferentes a las que hoy se aplican con éxito para otros combustibles como la gasolina, el butano o el gas natural.
I.6.1. Características del hidrógeno.
La Tabla I.6 resume las densidades energéticas y las energías específicas de distintos combustibles que se utilizan en la actualidad. Desde el punto de vista energético, el hidrógeno es, de todos los combustibles, el que tiene la máxima relación energía/peso, como se puede apreciar en la Tabla I.6[124,125]. Contrariamente, siendo el hidrógeno un
gas, y además, el más liviano de los elementos, su relación energía/volumen es la mínima. En comparación con la gasolina, la densidad energética gravimétrica del hidrógeno es tres veces superior, sin embargo su densidad energética volumétrica es la cuarta parte. La energía requerida tanto para la compresión como para la licuefacción es un elemento que debe ser evaluado adecuadamente considerando las diferentes vías, en particular para su distribución[126].
Tabla I.6. Densidades energéticas de varios combustibles utilizados en la actualidad.
Combustible Energía especifica (kWh/kg) Densidad de energía (kWh/l) Hidrógeno (l) (20 K) 33.33 2.359 Hidrógeno (g) (150 atm) 33.33 0.4490 Gases (CNPT) Hidrógeno 33.33 0.002993 Metano 11.39 0.00997 Gas Natural (82-83% CH4) 10.6-13.1 0.0088-0.0104 Etano 14.42 0.02024 Propano 12.88 0.02589 Butano 12.7 0.03439 Líquidos Gasolina 12 8.8 Benceno 11.75 10.33 Etanol 8.251 6.510 Metanol 5.47 4.44 Sólidos Carbón 8.717 15-20 Madera 4.756 (2.8-5.6)
Para poder evaluar al hidrógeno como vector energético se deben tener en cuenta algunas de las principales ventajas que presenta, como son:
Reservas prácticamente ilimitadas. Facilidad de combustión completa.
Bajo nivel de contaminantes atmosféricos, con especial atención a la ausencia de CO2 entre los productos de combustión.
No es tóxico y se disipa rápidamente de espacios confinados.
Los aspectos desfavorables que aún se tienen que superar en lo concerniente al hidrógeno son varios:
No existe libre en la naturaleza.
Los esquemas tradicionales de obtención arrojan un balance energético negativo a lo largo del ciclo de vida.
Elevado coste de producción.
Escasa densidad energética por unidad de volumen. Problemas en la seguridad: incendio y explosión.
I.6.2 Usos potenciales del hidrógeno
Los motores de vehículos pueden ser adaptados para utilizar hidrógeno como combustible con muy pocos cambios en la tecnología del motor convencional. Quemar hidrógeno produce mucho menos polución que la gasolina o el combustible diesel. Además, el hidrógeno tiene una alta velocidad de llama, límites de flamabilidad altos, además presenta alta temperatura de detonación, y necesita menos energía para su ignición que la gasolina. Sin embargo, como se ha comentado anteriormente, a pesar de todas estas ventajas todavía falta un largo camino para el desarrollo de la producción del hidrógeno y la infraestructura de distribución[127,128]. Una manera más accesible de
usar el hidrógeno es a través de pilas de combustible que tiene una eficiencia 2,5 veces mayor que si se quema hidrógeno en un motor térmico.