En la región se están desarrollando varios proyectos para producir fuentes de energía verde en previsión de la futura demanda
Cuando Franklin Chang-Díaz enciende la radio y oye hablar de una nueva subida del precio de la gasolina, se sube a su coche sin preocuparse por el coste de su viaje. Eso es porque su vehículo funciona con hidrógeno, que se combina con oxígeno en una pila de combustible para generar energía como una minicentral eléctrica. La energía producida carga la batería del coche, mientras que el único subproducto de este proceso es el vapor de agua. Además de ser rentable, el coche de Chang-Díaz emite mucha menos contaminación que un vehículo convencional de gasolina.
Chang-Díaz espera tener acceso a una estación pública de hidrógeno cercana siempre que necesite repostar su coche. Sin embargo, esto no es posible en su país, Costa Rica, ni en ninguna otra nación latinoamericana. Por ello, tuvo que construir su propia estación de hidrógeno como parte de un proyecto para demostrar que el hidrógeno verde generado a partir de fuentes de energía renovables no es sólo un concepto futurista, sino una realidad actual.
Como director general de Ad Astra Rocket Company y antiguo astronauta de la NASA con formación en física, Chang-Díaz tiene una visión bien definida. Cree firmemente que el hidrógeno verde es un factor crucial para reducir las emisiones del transporte y transformar regiones importadoras de combustibles fósiles, como su país natal, Centroamérica, en productoras de energía limpia. Esta transformación es vital para prevenir las catastróficas consecuencias del calentamiento global.
Según datos del Banco Interamericano de Desarrollo, los sectores del transporte y la electricidad/energía son los que más contribuyen a las emisiones de dióxido de carbono en América Latina, con un 40% y un 36% de las emisiones de la región, respectivamente. La tecnología del hidrógeno verde tiene el potencial de hacer frente a estas fuentes de contaminación, y la visión de Chang-Díaz es compartida por muchos otros. Según Nilay Shah, ingeniero químico del Imperial College de Londres, el transporte de hidrógeno a gran escala desempeñará un papel fundamental en el futuro. En un artículo publicado en 2022 en Annual Review of Chemical and Biomolecular Engineering, Shah y sus colegas afirman que en 2050 el hidrógeno podría representar el 18% del suministro mundial de energía, y el 28% de ese porcentaje se destinaría al sector del transporte.
Para que el hidrógeno verde contribuya de forma significativa a la combinación energética mundial, la tecnología necesaria para su producción debe ampliarse considerablemente. América Latina está decidida a formar parte de este futuro y ya está tomando medidas para prepararse lanzando varios proyectos en toda la región.
No todo el hidrógeno es igual
El hidrógeno es el elemento más ligero de la tabla periódica, formado por un único protón en su núcleo y un electrón en órbita. También es el elemento más abundante, ya que se cree que hasta el 90% de los átomos del universo son átomos de hidrógeno. En estado gaseoso (H2), el hidrógeno es incoloro, inodoro e insípido. Sin embargo, en el entorno terrestre, suele encontrarse en compuestos más complejos, como en las moléculas de agua (H2O), donde dos átomos de hidrógeno están unidos a un átomo de oxígeno, o en el metano (CH4), donde cuatro átomos de hidrógeno están unidos a un átomo de carbono. Para obtener átomos de hidrógeno por sí solos, hay que separar estos compuestos y aislar los átomos de hidrógeno.
El hidrógeno se utiliza como fuente de energía desde hace muchos años. La NASA, por ejemplo, lleva décadas utilizando una combinación de gas H2 y oxígeno para impulsar sus transbordadores al espacio. El Departamento de Energía de Estados Unidos ha catalogado el hidrógeno como un combustible más seguro que los combustibles fósiles debido a su naturaleza no tóxica y a su rápida disipación en caso de fuga, ya que es más ligero que el aire.
En la actualidad, el hidrógeno se utiliza predominantemente como fuente de energía en la producción de derivados del petróleo, acero, amoníaco y metanol. Según la Agencia Internacional de Energía (AIE), el consumo mundial de hidrógeno en 2020 será de aproximadamente 90 millones de toneladas, lo que equivale a sólo el 2,5 por ciento del consumo mundial de energía. En América Latina, sólo se utiliza el 5 por ciento de este hidrógeno, principalmente en países como Trinidad y Tobago, México, Brasil, Argentina, Venezuela, Colombia y Chile. Sin embargo, este hidrógeno es en su mayoría “sucio” y contribuye a la contaminación ambiental debido a los procesos utilizados para su obtención.
El hidrógeno puede clasificarse en diferentes tipos según su forma de obtención: gris, azul, verde y negro. El hidrógeno gris se produce utilizando combustibles fósiles, especialmente gas natural en América Latina. El reformado con vapor se utiliza para generar hidrógeno gris sometiendo el monóxido de carbono (CO) y el vapor de agua (H2O) a altas temperaturas, presión moderada y un catalizador, lo que produce dióxido de carbono (CO2) e hidrógeno (H2). Si se utiliza carbón en lugar de gas natural para generar el calor necesario para el reformado con vapor, el hidrógeno se clasifica como negro, que es el peor tipo de hidrógeno desde el punto de vista medioambiental.
El hidrógeno azul se produce mediante el proceso de reformado con vapor, que utiliza gas o carbón. Sin embargo, hasta el 90% de las emisiones de carbono se capturan y almacenan bajo tierra mediante la captura y almacenamiento industrial de carbono. El hidrógeno verde, también conocido como hidrógeno limpio, se produce utilizando fuentes de energía renovables como la eólica y la solar. En un proceso llamado electrólisis, un ánodo y un cátodo separan la molécula de agua en hidrógeno y oxígeno, sin producir emisiones de carbono.
En América Latina, el hidrógeno verde representa menos del 0,4 por ciento del hidrógeno utilizado, mientras que la cantidad restante está ligada a los combustibles fósiles. En 2019, la producción de hidrógeno en la región requirió más gas natural que el consumo total de gas de Chile, un país con una población de 19 millones de habitantes. Además, la producción de hidrógeno generó más emisiones contaminantes que las emisiones combinadas producidas por todos los automóviles de Colombia, que tiene aproximadamente 7 millones de vehículos.
La electrólisis representa el 4% de la producción mundial de hidrógeno, mientras que el 96% restante sigue dependiendo del gas, el carbón o los derivados del petróleo.
Hacia el hidrógeno verde
En América Latina están surgiendo numerosos proyectos de hidrógeno verde de diversa envergadura con el objetivo de aumentar la producción de este combustible respetuoso con el medio ambiente.
- Unigel, una empresa brasileña, pretende abrir en 2023 una planta valorada en 120 millones de dólares que generará 10.000 toneladas de hidrógeno verde al año en su fase inicial, lo que es comparable a 60 megavatios.
- En agosto de 2022, Sener Ingeniería México reveló su plan de establecer la primera de una serie de pequeñas plantas, cada una con una capacidad de unos 2,5 megavatios.
- Chile ya ha empezado a ver los efectos positivos de su Estrategia Nacional de Hidrógeno Verde, lanzada en 2020. El país sudamericano aspira a dominar los mercados mundiales en 2030, especialmente en Europa y China, adonde prevé enviar el 72% de su producción. Hamburgo será el punto de entrada a Alemania. “Con su importante potencial para la producción de hidrógeno verde, Chile está a punto de convertirse en un importante exportador mundial”, dijo el alcalde de Hamburgo, Peter Tschentscher, durante la firma de un acuerdo de cooperación en septiembre de 2022.
- Uruguay ha creado el Fondo Sectorial de Hidrógeno Verde, que ofrece 10 millones de dólares en financiación no reembolsable del gobierno para apoyar proyectos. En agosto de 2022, nueve empresas fueron seleccionadas para recibir financiación, con nombres de proyectos como “Producción de H2 Verde para Transporte Forestal” y “Proyecto Palos Blancos”: Planta Verde de Producción de Hidrógeno, Amoníaco y Fertilizantes con Energía Renovable Eólica y Solar Fotovoltaica”.
- Costa Rica también está dando pasos para añadir el hidrógeno verde a sus fuentes de energía limpia, con la ayuda de Chang-Díaz. En la actualidad, el país genera alrededor del 99% de su electricidad a través de fuentes renovables como la energía solar, eólica e hidroeléctrica. En julio de 2022, Chang-Díaz mostró en las redes sociales cómo repostaba su coche con hidrógeno verde producido en Costa Rica en una estación prototipo.
La producción de hidrógeno verde puede reportar beneficios a algunos países latinoamericanos, mientras que otros pueden beneficiarse de su consumo a gran escala como fuente de energía limpia. Trinidad y Tobago, por ejemplo, consume el 40 por ciento del hidrógeno de la región para refinar petróleo, lo que supone una emisión de carbono de 12,3 toneladas métricas por persona y año. En cambio, Costa Rica emite solo 1,6 toneladas métricas per cápita al año, según datos del Banco Mundial de 2019. Al reemplazar el hidrógeno gris por hidrógeno verde en sus procesos, Trinidad y Tobago podría reducir significativamente su huella de carbono.
Varios países de América Latina están explorando diferentes enfoques del hidrógeno verde. Panamá, por ejemplo, no se centra actualmente en la producción o el consumo, sino que busca convertirse en un centro de almacenamiento y comercialización del elemento. En su plan nacional de transformación energética, denominado Hoja de Ruta del Hidrógeno Verde, Panamá firmó un memorando de entendimiento con Siemens Energy para alcanzar este objetivo. No obstante, el país también planea producir su propio hidrógeno verde con el tiempo. La Biorrefinería de Ciudad Dorada, que se espera comience a construirse este año, tendrá capacidad para generar 405.000 toneladas métricas.
Según José Miguel Bermúdez, ingeniero químico y analista de tecnología energética de la AIE, el desarrollo de la tecnología del hidrógeno verde se está produciendo en todo el mundo, y se espera que para 2030 América Latina cuente con el tercer mayor número de proyectos del mundo, después de Europa y Australia.
Según Shah, la razón del creciente interés por el hidrógeno verde en América Latina es bastante evidente. Muchos países de la región tienen potencial para producir más energía limpia que sus necesidades internas.
“Por ejemplo, Chile tiene un potencial de electricidad renovable unas diez veces superior a las necesidades actuales del país”, explica.
Exportar esta energía limpia desde Chile o Costa Rica en forma de electricidad a través de largas distancias es complejo y costoso. Sin embargo, Shah sugiere que producir hidrógeno a partir de esta energía limpia y transportarlo en cisternas a cualquier lugar del mundo es una opción viable, aunque requiera importantes inversiones, al igual que lo hicieron en el pasado los petroleros y los gasoductos.
Según Shah, el hidrógeno verde también podría transportarse a través de las infraestructuras existentes si se utiliza para crear productos comunes como el amoníaco (NH3), muy utilizado en la agricultura, o combustibles sintéticos.
Retos por resolver
Una vez producido y distribuido, el hidrógeno verde puede utilizarse para diversos fines. En la industria automovilística, se combina con oxígeno en una pila de combustible para producir energía y vapor de agua para alimentar las baterías de los coches. En la fabricación de hierro, el hidrógeno se utiliza para convertir una molécula de óxido de hierro (Fe2O3) en dos moléculas de hierro (Fe) y tres moléculas de agua (H2O) a altas temperaturas. Actualmente se utilizan combustibles fósiles para este proceso, pero el hidrógeno verde podría ser una alternativa más limpia. El hierro puede seguir procesándose con más energía para producir acero.
En la actualidad, los combustibles fósiles se utilizan para generar altas temperaturas para la producción de cemento. Sin embargo, la AIE calcula que hasta el 67% de la demanda de hidrógeno en 2030 podría proceder de esta industria. Además, el proceso Fischer-Tropsch utiliza hidrógeno y carbono para crear combustibles sintéticos más limpios que los combustibles fósiles tradicionales. El queroseno sintético, que puede fabricarse a partir del hidrógeno, ya está autorizado para su uso en aviones, hasta una mezcla del 50%.
Según Bermúdez, ya hay 50.000 vehículos impulsados por hidrógeno en uso en todo el mundo, y se espera que esta cifra aumente rápidamente en un futuro próximo. Aunque China prevé tener un millón de vehículos de hidrógeno en sus carreteras para 2035, los expertos creen que el hidrógeno no sustituirá por completo a los combustibles más contaminantes a corto o medio plazo. En su lugar, será una de varias opciones en una variedad de matrices energéticas, incluidos los coches eléctricos convencionales y los aviones propulsados por energía solar. No obstante, los expertos coinciden en que el hidrógeno será una alternativa importante, no sólo periférica.
Andrés González Garay, ingeniero de procesos de la empresa química BASF y coautor de un artículo sobre la producción de hidrógeno y sus aplicaciones a la movilidad en la revista Annual Review of Chemical and Biomolecular Engineering, afirma que habrá diversas tecnologías y oportunidades en los distintos países de la región latinoamericana. También subraya que, si bien el hidrógeno puede aplicarse en muchas áreas, puede no serlo en todas debido a la influencia de los sistemas políticos, sociales y económicos.
Según Shah, para lograr los beneficios ecológicos que proporciona el hidrógeno verde, es necesario aumentar su producción lo antes posible y, al mismo tiempo, fomentar su consumo. González Garay, y se espera que el crecimiento proceda principalmente del hidrógeno limpio, afirma:
“Se prevé que la producción mundial de hidrógeno aumente entre seis y diez veces de aquí a 2050”.
Según los científicos, los gobiernos desempeñarán un papel crucial en la adopción del hidrógeno verde. Shah sugiere que si los gobiernos se convierten en los principales usuarios del hidrógeno, implantándolo en sus edificios, flotas de vehículos y otras operaciones, se convertirán en los clientes. Esto creará una cadena de suministro de hidrógeno y dará confianza a los productores de que existe un mercado para el hidrógeno verde.
Bermúdez subraya la importancia de las políticas públicas y los programas de apoyo para acelerar la adopción del hidrógeno verde por parte del sector privado. Dice que el sector público necesita establecer regulaciones y programas de apoyo para estimular la demanda de hidrógeno verde. Sin un posicionamiento adecuado y acuerdos de producción, América Latina corre el riesgo de quedarse atrás en la carrera por adoptar el hidrógeno verde.
A Chang-Díaz le preocupa que países como Costa Rica, que ya produce casi toda su electricidad a través de fuentes renovables limpias, puedan perderse el emergente mercado del hidrógeno verde si tardan en tomar medidas. Chang-Díaz intervino como ponente en una reunión mundial celebrada en San José, la capital de Costa Rica, en diciembre de 2022. Sin embargo, a pesar de meses de debate, un proyecto de ley de apoyo al sector del hidrógeno verde no ha avanzado en la Asamblea Legislativa, situada a pocos kilómetros del evento.
Por el momento, Chang-Díaz será la única persona en Costa Rica con la oportunidad de viajar utilizando un coche que funciona con combustible de hidrógeno verde.