Al buscar alternativas de producción de energías limpias para hacer frente a las amenazas del Cambio Climático, no se puede pasar por alto el potencial del hidrógeno, el elemento más abundante en el universo conocido hasta ahora. Este gas es de enorme utilidad en una serie de procesos industriales: es un insumo indispensable en las refinerías para la industria del petróleo y de la petroquímica, especialmente en la producción de amonio, componente esencial de los fertilizantes artificiales, la fabricación de vidrio plano, aceites orgánicos comestibles, entre muchos otros. El hidrógeno también puede ser usado como combustible para la producción de electricidad.

Un obstáculo que presenta el hidrógeno (H₂) para su uso es que no se puede encontrar en forma pura, sino más bien mezclado con otros elementos como el oxígeno en el agua, con componentes de los hidrocarburos, o con biomasa y para aislarlo se necesita el uso de energía. Por definición, ello hace del hidrógeno un combustible poco eficiente.

La casi totalidad del hidrógeno (96%) proviene actualmente de energías fósiles, incluyendo gas natural, hidrocarburos líquidos y el carbón, y sólo el 4% se produce a partir de la electrólisis del agua (proceso que separa las moléculas de oxígeno e hidrógeno del agua). Como informa un artículo reciente del Economist, la industria del hidrógeno usa cerca del 6% del gas natural a nivel mundial y 2% de todo el carbón, por lo que emite 800 millones de toneladas de CO2 al año, equivalente a todas las emisiones generadas por un país comparable a Alemania.

Por tanto, el hidrógeno es una gran fuente de contaminación. La pregunta es ¿se le puede enverdecer? ¿qué finalidad tiene hacerlo?

A través de un nuevo lente, ahora se perfila al hidrógeno como un medio para descarbonizar (en alguna medida) al mundo, especialmente en los nichos para los cuales los mecanismos con los que hoy se cuenta para la reducción de emisiones no funcionan. Así, aunque la electricidad producida con fuentes de energía renovables son más eficientes que el hidrógeno, éste tiene propiedades con las que otras fuentes de este tipo no cuentan. Se estima que para 2050 las tecnologías que usen hidrógeno podrían eliminar alrededor del 10% de las emisiones de gases efecto invernadero que hoy se expulsan.

El hidrógeno gris, que proviene del gas natural, es el que más se produce actualmente mediante una técnica llamada reformado de metano por vapor. Este combina el metano proveniente del gas con agua a muy altas temperaturas para producir monóxido de carbono, dióxido de carbono e hidrógeno. Si esta tecnología se aplica junto con un proceso de captura de carbono y el almacenamiento de éste (CCS por sus siglas en inglés), entonces estamos hablando de un hidrógeno azul. Si el hidrógeno se extrae del agua a través del proceso de electrólisis, activada con electricidad proveniente de fuentes renovables de energía, entonces se trata de hidrógeno verde (si esta electrólisis se realiza con energía atómica, al hidrógeno resultante se le conoce como hidrógeno rosa). Por último, si la pirólisis se produce sólo calentando metano hasta que se libera el hidrógeno, lo que genera residuos de carbón sólido, se le llama hidrógeno turquesa. El hidrógeno de menor costo de producción en este momento es el gris. Pero esto está cambiando.

La caída en los costos de la energía renovable y el abatimiento de los costos en los procesos de electrólisis están reduciendo el precio del hidrógeno verde. Nótese que ya existen autobuses de hidrógeno circulando en varias ciudades del mundo.

En un informe reciente se perfilan seis áreas geográficas líderes en la producción y/o uso de hidrógeno verde. China, que es el mayor productor y consumidor de hidrógeno en el mundo, trazó desde 2016 su hoja de ruta para la producción de hidrógeno verde y en su último Plan Económico Quinquenal reconoce al hidrógeno como una de las seis industrias del futuro. La Unión Europea (UE) dio a conocer su estrategia nacional de hidrógeno en 2020 y ha reconocido a este elemento como una tecnología clave para alcanzar su Pacto Verde Europeo. Japón, por su parte, diseñó su estrategia nacional de hidrógeno ya hace cinco años, teniendo como meta ser la primera “sociedad de hidrógeno”, aspirando a incorporar esta sustancia en forma transversal en la economía. Esta meta deberá cumplirla mayormente con hidrógeno importado, pues el país no tiene capacidad para producir la energía renovable que se necesita para generar el hidrógeno verde. Corea del Sur formuló su propio mapa de ruta para el hidrógeno verde en 2019, especialmente vinculado a la producción de células de hidrógeno para los vehículos eléctricos. También Estados Unidos está empeñado en desarrollar la industria limpia de hidrógeno. Es el segundo mayor productor y consumidor de hidrógeno en el mundo y tiene un compromiso de bajar seriamente sus emisiones. En su Ley sobre Inversiones en Infraestructura y Empleos de 2021, se contemplan 9.5 mil millones de dólares para desarrollar la producción de hidrógeno limpio. Además, ese país tiene un programa (Hydrogen Earthshot) para avanzar en una reducción sustancial de los costos de producción del hidrógeno, condición esencial para hacerlo competitivo. La India también ha manifestado un gran interés por producir hidrógeno verde por su alta dependencia de hidrocarburos importados y su propósito de abatir emisiones. En ese país se está considerando requerir por ley a las refinerías de petróleo y a plantas de fertilizantes usar una cuota mínima de hidrógeno verde en sus procesos industriales.

El hidrógeno está comenzando a usarse en varias actividades en que se espera reducir las emisiones de gases efecto invernadero. Un área particularmente importante es la de la producción de vehículos con pila de combustible de hidrógeno (FCEV – Fuel Cell Electric Vehicle). El vehículo, en este caso, opera con una celda de combustible de hidrógeno. Dicha celda genera electricidad combinando hidrógeno y oxígeno electroquímicamente sin que se requiera combustión. Para funcionar, estas celdas necesitan cargarse de hidrógeno, que al combinarse con oxígeno producen electricidad y sólo generan agua como residuo. Si se compara la FCEV con el desempeño de una batería a base de iones de litio, resulta ser comparativamente menos eficiente pues pierde 45% de la energía en el proceso de producción, transporte y almacenamiento hasta incorporarse al vehículo (y en el vehículo mismo se gasta energía adicional para convertir el hidrógeno en electricidad). El porcentaje de pérdida de energía en el proceso de producción es sólo de alrededor de 8% en el caso de los vehículos eléctricos con batería. Pero el hidrógeno tiene ciertas ventajas importantes, como poder cargarse mucho más rápidamente que la electricidad en un coche, requerir una pila más pequeña que la batería de iones de litio y tener una autonomía mucho mayor que la de un vehículo eléctrico de batería. Además, el hidrógeno puede tener ventajas para ciertos vehículos para los cuales no se ha encontrado una tecnología adecuada para bajar emisiones. El usar células de hidrógeno en lugar de baterías evita estos problemas y puede, entonces, ocuparse en vehículos grandes y pesados para los cuales las baterías no son una opción. Por ejemplo, la compañía Cummins, de Estados Unidos, está apostando a esta tecnología y generándola para una amplia gama de transportes, desde autobuses y camiones, hasta trenes y transporte militar.

Por otra parte, si se quiere descarbonizar algunos sectores muy contaminantes como la siderurgia y el cemento, el hidrógeno limpio parece ser indispensable, pues las temperaturas que se necesitan alcanzar en estos procesos no se pueden generar únicamente con la electricidad (que podría a su vez producirse con energías renovables), sino que necesita insumos que produzcan más calor, como el hidrógeno. Este es el caso de la industria siderúrgica que es tremendamente intensiva en energía y consume alrededor de 7% del total mundial, por lo cual también produce entre 7 y 9% del total de gases de efecto invernadero (GEI). La descarbonización de este sector es esencial para combatir el cambio climático.

La industria siderúrgica es la segunda más grande consumidora de carbón en el mundo. El carbón de coque se usa para la reacción química en los hornos en los que se transforma el hierro en acero, lo que consume tres cuartas partes de la energía de todo el proceso. “La industria de hierro y el acero se considera una de las más difíciles de descarbonizar debido al requerimiento de alta temperatura, a que usa el carbón como insumo de proceso, a los bajos márgenes de ganancia, la alta intensidad de capital, la larga duración del capital y las dificultades presentadas en el comercio internacional.” (Energy Research & Social Sciences). El papel crucial del hidrógeno es que puede sustituir al carbón en el proceso de producción, de forma que si ese hidrógeno es verde, las emisiones podrían combatirse en forma efectiva, aunque de acuerdo a cálculos ya hechos, si se llevara a cabo esta sustitución el costo de producción subiría en alrededor de 30% (cálculos hechos en 2020). En este sentido, la factibilidad de enverdecer estos procesos depende de avances en la tecnología de la producción de H₂, de manera que puedan bajarse estos costos y/o de que se compensen estos mayores costos vía subsidios.

La industria del cemento, por su parte, es responsable de alrededor de 8% de las emisiones de CO2 en el mundo. La solución a este problema es difícil porque las emisiones señaladas resultan de un proceso químico necesario para producir cemento y concreto. A la vez, la Asociación Global de Cemento y Concreto (GCCA, por sus siglas en inglés), que representa a los 40 productores más grandes del cemento fuera de China (es decir, la mayor parte de la industria), se ha comprometido a reducir en 25% sus emisiones de efecto invernadero para 2030 y a llegar a cero emisiones en 2050.

La ruta hacia la descarbonización del cemento y el concreto incluye varias estrategias entre las que están el reciclaje de estos materiales, el rediseño de construcciones para disminuir el uso de estos insumos, y la reducción de emisiones en su producción, etapa en la cual el hidrógeno tiene un papel muy importante. Varios países y empresas están adoptando medidas para usar hidrógeno verde o azul para producir su cemento y concreto, pero en general aún están en una etapa preliminar de investigación y pruebas piloto. Gran Bretaña, por ejemplo, ha estado discutiendo la introducción de un sistema de subsidios para la producción de hidrógeno, lo que ayudaría a descarbonizar sectores en los cuales no puede hacerlo la electricidad, pero ello va de la mano con la creación de un pujante sector productor de hidrógeno en ese país que nutra sectores como químicos, refinerías de petróleo, energía eléctrica, transporte pesado de todo tipo.

Respecto de México, el país tiene un gran potencial para convertirse en un importante productor de hidrógeno verde, dada la abundancia de energía renovable que puede generar, solar y eólica. El contar con estos insumos también le ayudaría a reducir los costos de producción respecto de otros países que no disponen tan abundantemente de ellos y, como el hidrógeno tiene la gran ventaja de poderse almacenar y transportar, el país podría convertirse en un hub productor y exportador de este elemento (según la GIZ de Alemania). Por lo pronto se ha formado la Asociación Mexicana de Hidrógeno para impulsar la industria del H₂ en México para articular estrategias y acciones con el fin mencionado. Asimismo, la Comisión Federal de Electricidad (CFE) cuenta con un proyecto piloto de hidrógeno verde para producir energía con el fin de depender menos del gas natural y reducir emisiones de gases nocivos. También vale la pena destacar que la industria de cementos mexicanos (CEMEX) y CEMEX Ventures (la unidad de capital de riesgo de CEMEX) han hecho una inversión en HiiROC (con sede en Gran Bretaña), una startup de producción de hidrógeno limpio con la finalidad de aumentar la capacidad de inyección de hidrógeno libre de emisiones en la producción de cemento, mientras reduce el consumo de combustibles fósiles. Las perspectivas para la industria de hidrógeno verde en México son alentadoras, pero para materializarse se necesita una política pública enfocada a ello y una cooperación público-pricada para llevarla adelante.

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