El hidrógeno Verde
¿Qué es el hidrógeno verde?
El hidrógeno verde es un combustible limpio, producido a partir de fuentes de energía renovable como la solar o la eólica mediante un proceso llamado electrólisis del agua. En este proceso, la electricidad generada de manera renovable separa las moléculas de agua en oxígeno (O₂) e hidrógeno (H₂), sin emitir dióxido de carbono (CO₂), lo que convierte al hidrógeno verde en una alternativa completamente sostenible.
Este tipo de hidrógeno se diferencia de otros colores de hidrógeno, como el gris y el azul, los cuales se obtienen a partir de combustibles fósiles y generan emisiones de carbono. Al ser un recurso sin impacto directo en la atmósfera, el hidrógeno verde es fundamental en los planes de descarbonización, especialmente en sectores industriales y energéticos de difícil electrificación, como el transporte pesado y la industria siderúrgica.
¿Cómo se produce el hidrógeno verde?
La producción de hidrógeno verde se realiza mediante un proceso de electrólisis, en el cual se utiliza electricidad para descomponer el agua (H₂O) en oxígeno (O₂) e hidrógeno (H₂). Para que el hidrógeno resultante se considere «verde», es fundamental que esta electricidad provenga de fuentes renovables, como la energía solar o eólica, ya que el uso de electricidad de origen fósil generaría emisiones indirectas de carbono y anularía los beneficios ambientales del proceso.
En el centro de este método están los electrolizadores, dispositivos que dividen las moléculas de agua en sus componentes básicos mediante una corriente eléctrica. Existen varios tipos de electrolizadores, cada uno con ventajas específicas según las necesidades de la producción de hidrógeno:
- Los electrolizadores de membrana de intercambio de protones (PEM) son ideales para trabajar con fuentes de energía renovable intermitentes, como la fotovoltaica o la energía eólica, debido a su rápida respuesta a cambios en la potencia.
- Los electrolizadores alcalinos son una tecnología más madura y económica, que utiliza soluciones alcalinas como el hidróxido de potasio para el proceso de electrólisis.
- Los electrolizadores de óxido sólido (SOEC) operan a temperaturas muy altas y son altamente eficientes, aunque su uso se centra en aplicaciones industriales específicas debido a su coste y complejidad.
Para una explicación más detallada sobre cada tipo, consulta nuestra guía sobre electrolizadores.
Ventajas del hidrógeno verde
El hidrógeno verde representa una alternativa sostenible que puede sustituir al hidrógeno gris, actualmente producido a partir de combustibles fósiles. Una de sus principales ventajas es su versatilidad como vector energético para aplicaciones que requieren una fuente de energía limpia y de alta densidad, especialmente en sectores donde la electrificación es limitada o compleja.
El hidrógeno verde se utiliza en pilas de combustible que generan electricidad nuevamente sin emisiones, una característica que lo hace ideal para electrificar parte del transporte pesado (como camiones, trenes y barcos) que las baterías electroquímicas actuales no pueden alcanzar debido a limitaciones de peso, tamaño y autonomía. Este uso permite reducir emisiones en el transporte sin recurrir a motores de combustión, que presentan mayores desafíos técnicos para operar con hidrógeno.
En el ámbito industrial, el hidrógeno verde se puede emplear en procesos de gran consumo energético, como la producción de acero y de productos químicos (como el amoniaco o pesticidas), donde se utiliza actualmente hidrógeno gris. Al reemplazar el hidrógeno de origen fósil, el hidrógeno verde ayuda a disminuir la huella de carbono en industrias difíciles de descarbonizar.
Otra ventaja importante del hidrógeno verde es que puede integrarse en las redes de gas actuales para la calefacción y otras aplicaciones, aunque generalmente debe mezclarse con otros gases. Esta opción es útil en situaciones donde la electrificación completa no es viable a corto plazo, si bien la electrificación sigue siendo la alternativa ideal para la mayoría de estos usos domésticos e industriales.
Por último, el hidrógeno verde puede actuar como base para la producción de gases sintéticos o el biometano, ampliando así las posibilidades de una economía sostenible en áreas o aplicaciones donde la electrificación es inviable.
Desventajas y desafíos del hidrógeno verde
A pesar de sus ventajas, el hidrógeno verde enfrenta varios desafíos técnicos, económicos y logísticos que limitan su competitividad y viabilidad frente a otras alternativas energéticas. A continuación, se presentan sus principales desventajas.
El costo del hidrógeno verde es significativamente mayor que el del hidrógeno gris (producido a partir de gas natural y combustibles fósiles). Mientras que el hidrógeno gris puede producirse a unos 1-1,5 €/kg, el hidrógeno verde se sitúa en un rango de 4-6 €/kg debido al coste de la electricidad renovable y los equipos necesarios, como los electrolizadores. Sin embargo, si se amplía la producción y se reducen los costes tecnológicos, estos precios del hidrógeno verde podrían mejorarse mucho en los próximo años.
Los electrolizadores utilizados en la producción de hidrógeno verde requieren minerales críticos, especialmente para la fabricación de los electrodos, que suelen incluir materiales como el platino, iridio o níquel, dependiendo del tipo de electrolizador (como los de membrana de intercambio de protones o PEM). La dependencia de estos materiales incrementa los costes y plantea un desafío de sostenibilidad, aunque se están investigando alternativas con otros materiales más accesibles.
La baja eficiencia energética es otro obstáculo importante. El proceso completo, que implica generar electricidad renovable, convertirla en hidrógeno mediante electrólisis, y posteriormente reconvertir el hidrógeno en electricidad mediante pilas de combustible, resulta en pérdidas energéticas considerables. De hecho, aproximadamente un 30-40% de la energía inicial se pierde en la electrólisis, y en el proceso de reconversión de hidrógeno a electricidad se pierde otro 40-50%, dejando una eficiencia neta que puede ser tan baja como el 30% del total de energía utilizada.
Otro problema asociado al hidrógeno es su volatilidad y densidad. La molécula de hidrógeno, al ser la más pequeña del universo, tiende a escaparse de los depósitos convencionales, lo que requiere recipientes de muy baja porosidad y alta calidad. Se estima que, incluso con las mejores tecnologías actuales, puede haber pérdidas de entre el 1 y el 3% durante su almacenamiento y transporte. Además, al tener una densidad energética por unidad de masa alta pero una densidad volumétrica baja, se necesita comprimir el hidrógeno a altas presiones o licuarlo a temperaturas extremadamente bajas para obtener cantidades de energía significativas en un espacio limitado. Este proceso adicional no solo añade coste, sino que también implica una pérdida de energía.
La presión y el volumen necesarios para almacenar y transportar el hidrógeno también representan un desafío logístico y de seguridad. Se requieren equipos de alta presión y sistemas de compresión complejos, lo que incrementa la peligrosidad y el coste de la infraestructura. Estos requisitos específicos complican la cadena logística del hidrógeno, y la adaptación de la red de gas natural existente para transportar hidrógeno a presión requeriría importantes reformas para asegurar que los materiales y conexiones puedan soportar las condiciones necesarias.
En conjunto, estos factores limitan la competitividad del hidrógeno verde frente a otras opciones energéticas más directas, como la electrificación en sectores donde es posible. La innovación y el apoyo político y económico serán clave para superar estos desafíos y hacer que el hidrógeno verde sea una opción más viable a largo plazo.
Usos y aplicaciones del hidrógeno verde
El hidrógeno verde es un recurso versátil que se aplica principalmente como vector energético en sectores que requieren una alternativa limpia al hidrógeno gris o a los combustibles fósiles. Sin embargo, es importante destacar que el hidrógeno verde no suele emplearse como combustible directo, a excepción de casos donde se mezcla para producir combustibles sintéticos. A continuación, se detallan las principales aplicaciones del hidrógeno verde.
Transporte
En el sector del transporte, el hidrógeno verde tiene un potencial significativo para la creación de combustibles sintéticos, que pueden usarse en aviones, barcos y otros vehículos de larga distancia. Estos combustibles se producen combinando hidrógeno verde con CO₂ capturado o con otros elementos, resultando en un combustible líquido compatible con los motores convencionales. Esta opción es especialmente valiosa en aplicaciones como la aviación sostenible y el transporte marítimo, donde el uso de los distintos tipos de baterías actuales es menos viable debido a la necesidad de almacenar grandes cantidades de energía en un espacio limitado.
Aunque las pilas de combustible de hidrógeno se están desarrollando para vehículos de hidrógeno terrestres como camiones o autobuses, la competencia con las baterías sigue siendo fuerte en estos casos. Por lo tanto, el uso de hidrógeno en el transporte terrestre tiende a estar reservado para sectores pesados o para donde la autonomía y la rapidez de recarga sean más críticos.
Industria pesada
El hidrógeno verde es fundamental para la descarbonización de la industria pesada, ya que permite reducir o incluso eliminar el uso de combustibles fósiles en procesos que requieren temperaturas extremadamente altas o agentes químicos, como en la producción de acero, cemento y productos petroquímicos. En la fabricación de acero, por ejemplo, el hidrógeno puede reemplazar el carbón en el proceso de reducción del hierro, eliminando así una fuente importante de emisiones de CO₂. Este cambio contribuye a mitigar el impacto ambiental de sectores industriales que hoy en día dependen de hidrógeno gris.
Almacenamiento de energía
Uno de los usos más prometedores del hidrógeno verde es como método de almacenamiento de energía. Durante periodos de alta producción de energía renovable, como los días ventosos o soleados, el excedente de electricidad puede transformarse en hidrógeno, que posteriormente se almacena y se utiliza cuando la demanda energética aumenta o la generación de energía renovable disminuye. Esto permite balancear la oferta y demanda energética en redes que dependen en gran medida de fuentes renovables, ofreciendo una opción de almacenamiento estacional que ayuda a garantizar un suministro estable.
Calefacción y redes de gas
El hidrógeno verde también se puede integrar en las redes de gas natural existentes para usos como la calefacción. Al mezclarse en bajas concentraciones con gas natural, puede reducir las emisiones de carbono sin necesidad de sustituir toda la infraestructura actual. Aunque su uso directo para calefacción no es lo ideal desde un punto de vista de eficiencia (siendo preferible la electrificación en estos casos), esta aplicación permite una reducción gradual de emisiones en sectores domésticos e industriales donde la sustitución total del gas natural es menos viable a corto plazo.
Pesticidas y otros químicos
La industria química utiliza hidrógeno como insumo en la producción de amoniaco, pesticidas y otros compuestos esenciales. En este sentido, el hidrógeno verde tiene un gran potencial para sustituir al hidrógeno gris en la producción de estos productos, que actualmente depende de combustibles fósiles. En España, la planta de Fertiberia en Huelva es un ejemplo destacado, donde se ha lanzado un proyecto para la producción de amoniaco utilizando hidrógeno verde. Este tipo de iniciativas demuestran cómo la digitalización en la producción de hidrógeno verde y el uso de energías limpias pueden transformar sectores industriales clave, reduciendo emisiones y promoviendo una economía más sostenible.
Hidrógeno verde en España y en el mundo
El hidrógeno verde está ganando importancia a nivel global como una tecnología esencial en la transición hacia una economía descarbonizada. En España, el Plan Nacional Integrado de Energía y Clima (PNIEC) 2021-2030 establece metas específicas para el desarrollo del hidrógeno renovable, posicionándolo como una herramienta clave para reducir las emisiones de CO₂ y descarbonizar sectores difíciles de electrificar, como el transporte pesado y la industria.
El PNIEC tiene como objetivo alcanzar una capacidad de electrolizadores de 4 GW para 2030 y fomentar proyectos en colaboración con el sector privado en áreas industriales estratégicas. Un ejemplo destacado es la planta de hidrógeno verde de Fertiberia en Puertollano, desarrollada junto a Iberdrola, que se centra en la producción de amoniaco verde para el sector agrícola.
A nivel global, varios países han iniciado inversiones y estrategias nacionales para liderar en hidrógeno verde. Alemania ha destinado 9.000 millones de euros para crear un mercado interno y una red de exportación de hidrógeno renovable, desarrollando acuerdos de suministro internacional para garantizar su acceso.
Australia, aprovechando su abundancia en energías renovables, está desarrollando megaproyectos de producción de hidrógeno verde para el mercado interno y para la exportación a Asia y Europa. Japón también se ha posicionado como líder en el sector con proyectos como la planta de hidrógeno en Fukushima, buscando establecerse como un centro de referencia en tecnologías de hidrógeno limpio y fortaleciendo su economía energética basada en hidrógeno.
En Europa, el proyecto European Hydrogen Backbone (EHB) propone la creación de una red de infraestructuras para transportar hidrógeno verde a través de una red de gasoductos que uniría distintos países de la Unión Europea. Este sistema de distribución planea aprovechar gran parte de la infraestructura de gas natural existente, adaptándola para transportar hidrógeno de manera segura y eficiente desde regiones de alta producción, como el sur de Europa y el norte de África, hacia áreas de mayor demanda en el norte y centro de Europa. Se estima que para 2040 esta red podría cubrir hasta 40.000 kilómetros, apoyando los objetivos de reducción de emisiones y fomentando la independencia energética en Europa.
El futuro del hidrógeno verde
El hidrógeno verde es una tecnología con un gran potencial para transformar sectores clave en la economía, pero su desarrollo se encuentra aún en una fase temprana, con desafíos técnicos y económicos que limitan su uso a nichos específicos. Actualmente, las aplicaciones más prometedoras del hidrógeno verde se concentran en sectores donde las opciones de electrificación directa son complejas o ineficientes, como el transporte pesado y la industria de alta demanda energética. En estos sectores, el hidrógeno verde puede desempeñar un papel crucial en la descarbonización, contribuyendo a la reducción de emisiones y sustituyendo el hidrógeno gris en la producción de químicos, combustibles sintéticos y otros productos industriales.
Sin embargo, el coste del hidrógeno verde sigue siendo considerablemente más alto que el del hidrógeno gris, en parte debido al precio de la electricidad renovable y de los electrolizadores. Esta barrera económica hace que su competitividad en muchos sectores dependa de la inversión pública y del apoyo a la investigación y desarrollo de tecnologías más eficientes. A medida que los gobiernos y las empresas intensifiquen sus esfuerzos, se espera que los costes de producción se reduzcan gracias a la economía de escala y a la mejora de los electrolizadores y otros componentes necesarios para su fabricación.
A largo plazo, el hidrógeno verde podría expandir su presencia y volverse más competitivo en sectores como la industria pesada, el almacenamiento de energía y ciertos segmentos del transporte. Algunas proyecciones, como las de la Agencia Internacional de Energía Renovable (IRENA), estiman que el coste del hidrógeno verde podría reducirse en un 40-80% para mediados de siglo, lo que facilitaría su integración en aplicaciones más amplias y haría posible un despliegue mucho mayor a nivel global.
A nivel global, algunos países, como Alemania y Japón, ya han puesto en marcha planes para impulsar el hidrógeno verde como una tecnología central en sus estrategias energéticas, mientras que la Unión Europea apuesta por una red de infraestructuras interconectadas para facilitar su transporte y distribución. Sin embargo, algunas perspectivas sugieren que el hidrógeno verde podría permanecer limitado a ciertos nichos de alto valor en el corto plazo, ya que la electrificación directa sigue siendo una opción más eficiente en sectores como la calefacción y el transporte ligero.
En nuestra opinión, el hidrógeno verde tiene un futuro prometedor y jugará un papel importante en la transición energética, aunque su aplicación masiva dependerá de una evolución significativa en costes, infraestructura y eficiencia. Su adopción continuará aumentando de manera gradual y es probable que, en el largo plazo, se integre de forma competitiva en una gama más amplia de sectores industriales y energéticos, contribuyendo así a una economía global más sostenible.
Fuentes
- Qué es el Hidrógeno Verde y su importancia – Iberdrola
- Hidrógeno verde – Wikipedia, la enciclopedia libre
- Hidrógeno verde: qué es, características y sus aplicaciones – Renovables Verdes
- Hidrógeno verde: qué es, cómo se obtiene y cuál es su futuro – Futuro Eléctrico
- Hidrógeno verde: qué es, fortalezas, beneficios y la apuesta de la UE – Xataka
