Hacia una sociedad basada en el hidrógeno

Activación de los esfuerzos para el aprovechamiento del hidrógeno

2014 fue el año en el que se comenzaron a mover los hilos para que el hidrógeno se emplee como fuente de energía en Japón. En junio, la Comisión sobre Estrategias para el Uso del Hidrógeno y las Pilas de Combustible del Ministerio de Economía, Comercio e Industria dio a conocer su hoja de ruta a este respecto. Por otra parte, el Gobierno de Tokio anunció en noviembre las medidas concretas y el presupuesto necesario de su política encaminada a la consecución de una sociedad basada en el hidrógeno para 2020, año en que la capital nipona albergará los Juegos Olímpicos y Paralímpicos.

Entretanto, Honda y Toyota, dos gigantes de la industria automotriz japonesa, decidieron poner a la venta vehículos de pila o célula de combustible; en el sector energético, las firmas Iwatani Corporation y JX Nippon Oil & Energy Corporation dieron a conocer los precios del combustible en las estaciones de hidrógeno para este tipo de automóviles. Así es como en 2014 se activaron los esfuerzos para la utilización del hidrógeno como fuente de energía en Japón.

A decir verdad, Japón lleva años ejerciendo un fuerte liderazgo entre los países en lo relativo al uso de pilas o células de combustible alimentadas por hidrógeno. Lo constata el hecho de que en 2009 las empresas japonesas Tokyo Gas y Panasonic fueran las primeras del mundo en comercializar unas pilas o células de combustible de uso doméstico, las denominadas Ene-Farm. Además, en diciembre de 2014, Toyota puso a la venta vehículos de pila o célula de combustible producidos en masa, también por primera vez en la historia; esta hazaña ha recibido una amplia cobertura en los medios de comunicación.

5 razones para usar el hidrógeno

¿Por qué se debería emplear el hidrógeno como fuente de energía?

En primer lugar, el hidrógeno es inocuo con el medio ambiente, ya que no emite CO2. No obstante, es importante puntualizar que la inocuidad del hidrógeno se limita a su uso, ya que pierde su cualidad de energía limpia si se emplean combustibles fósiles durante su producción. Por lo tanto, el potencial del hidrógeno como energía limpia se aprovecha al máximo cuando se produce a partir de energías renovables.

En segundo lugar, cuando se emplea el hidrógeno como pila o célula de combustible, la eficiencia de la energía es extremadamente alta, ya que la electricidad se genera por una reacción electroquímica. En este sentido, sirve para ahorrar energía. Cuando son las empresas eléctricas las que la generan de forma convencional, se suele perder aproximadamente un 60 % de la energía. Sin embargo, la generación de energía mediante pilas o células de combustible soluciona esta pérdida de energía en gran medida. Además, las pilas o células de combustible que se emplean en los hogares y edificios proporcionan calor y electricidad, por lo que su capacidad de ahorro energético es notable.

En tercer lugar, los vehículos de pila o célula de combustible y las propias pilas o células que se instalan en los hogares o edificios pueden suministrar energía de urgencia en caso de emergencias como terremotos. De este modo, sirven para proteger a las personas y garantizar su modo de vida. El uso extendido de estos dispositivos está relacionado con la mejora de la prevención ante desastres.

En cuarto lugar, el hidrógeno puede producirse de diversas formas y utilizarse no solo como fuente de energía, sino también como método para transportarla. Por eso, si se combina con otras energías, puede suplir los defectos de estas y potenciar sus beneficios. En cierto sentido, puede decirse que el principal atractivo del uso del hidrógeno reside en su potencial para cambiar por completo la estructura energética. Hablaremos de este potencial más adelante.

En quinto lugar, Japón es un país líder en tecnologías relacionadas con el uso del hidrógeno; aprovechar este elemento supondría una gran contribución a toda la economía japonesa y ayudaría a aumentar el empleo. Además, es la nación del mundo que más patentes ha solicitado en el campo de las tecnologías relacionadas con las pilas o células de combustible, y la ventaja que le lleva al país que ocupa el segundo puesto es considerable. Por otra parte, en la fabricación de tanques para hidrógeno, los fabricantes nacionales tienen una alta competitividad. Esto se debe a que las empresas japonesas lideran los sectores del hidrógeno y de la energía geotérmica.

Problemas del uso del hidrógeno: costes, participación ciudadana y cadena de suministro

Con todo, es cierto que aún quedan algunos problemas por resolver; el principal, la reducción de costes. Por muy buena que sea una fuente de energía, su uso no se extiende mientras no bajen los costes. La manera más simple de conseguir este objetivo es la innovación tecnológica, pero es importante también encontrar otros mecanismos, a saber: 1) al usar el hidrógeno combinado con otras fuentes de energía de bajo coste, se aprovechan las ventajas de este elemento y se mejora la relación calidad-precio; 2) si se emplean, por el momento, derivados del hidrógeno –su coste es relativamente bajo, pero en muchos casos, se emplean combustibles fósiles en el proceso de producción–, se prepara la infraestructura necesaria para suministrar el hidrógeno y se consigue la eficacia de la producción en masa de las instalaciones que emplean hidrógeno, se puede aumentar la cantidad del denominado 'hidrógeno verde', cuyo origen son las energías renovables, una vez se haya conseguido reducir los costes.

Otro de los problemas es la creación de mecanismos para construir una sociedad basada en el hidrógeno con la participación de la ciudadanía. Huelga decir que es necesario desarrollar todo un proceso a partir del consentimiento del pueblo en relación a aspectos como la seguridad y la carga impositiva de este tipo de energía. Si analizamos la situación desde un punto de vista internacional, el uso del hidrógeno que contribuye al suministro de las energías distribuidas progresa regionalmente. La participación de la ciudadanía es indispensable para construir una sociedad basada en el hidrógeno a partir de las comunidades.

En lo que respecta a los problemas realistas, es importante crear simultáneamente una cadena de suministro relacionada con el hidrógeno. "¿Qué fue primero, el huevo o la gallina?"; la cuestión que plantea este dilema ha sido recurrente a la hora de comentar la relación entre los vehículos de pila o célula de combustible y las estaciones de hidrógeno. Ambas partes tenían como premisa la difusión de la otra, de ahí que se observaran mutuamente; esto se tradujo en un estancamiento del desarrollo de ambas. Sin embargo, recientemente se habla de 'la flor y la abeja' como metáfora de su relación; se ha reconocido la simbiosis que las une y se aboga por fabricar los vehículos de pila o célula de combustible y construir las estaciones de hidrógeno al mismo tiempo.

Japón va a la cabeza en el uso y el desarrollo de pilas o células de combustible, pero todavía sigue rezagado en cuanto a infraestructuras relacionadas con el hidrógeno. Sin embargo, el plan presentado por el Gobierno de Tokio está recibiendo una gran atención por parte de la opinión pública en calidad de gran paso para la creación de la cadena de suministro necesaria si se quiere construir una sociedad basada en el hidrógeno de aquí a los Juegos Olímpicos y Paralímpicos de 2020.

Dos métodos de origen japonés para emplear el hidrógeno con otras energías

Una de las claves para expandir el uso del hidrógeno reside, como ya hemos mencionado, en que al emplear el hidrógeno combinado con otras fuentes de energía de bajo coste, se aprovechan las ventajas de este elemento y se mejora la relación calidad-precio. Veamos de qué forma es posible llevarlo a la práctica.

Carbón e hidrógeno: cadena de suministro de hidrógeno sin CO2

Al combinar el hidrógeno, un elemento caro pero inocuo con el medio ambiente, con el carbón, un material barato pero dañino, se revela la capacidad de ambos para complementarse. El proyecto de Kawasaki Heavy Industries para hacer negocio de su cadena de suministro de hidrógeno sin CO2, cuyo origen es el lignito, es un claro ejemplo de ello.

Este proyecto consiste en producir hidrógeno a partir de lignito gasificado en el estado australiano de Victoria, capturar y almacenar el dióxido de carbono en la zona y transportar el hidrógeno en barcos especiales hasta Japón, donde se emplea para generar electricidad y alimentar a vehículos, entre otros fines.

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Si se pone en práctica esta cadena de suministro de hidrógeno, se realizará una importante contribución a la preservación del medio ambiente gracias a la captura y el almacenamiento de dióxido de carbono y al uso del hidrógeno activos; sus efectos van más allá.

Si el estado de Victoria, cuyo carbón no es de alta calidad si se compara con el de los estados de Nueva Gales del Sur y Queensland, también en Australia, puede estimular la industria química y la producción de fertilizantes al emplear el amoniaco y la urea derivados de la producción de hidrógeno a partir de lignito gasificado, conseguirá utilizar eficazmente este carbón de baja calidad.

Por otra parte, si se introduce en Japón un sistema que reconozca hasta cierto punto la construcción de centrales termoeléctricas de carbón de nueva generación a aquellos que colaboren en la captura y el almacenamiento de dióxido de carbono y se dediquen a generar electricidad a partir de hidrógeno en territorio japonés, de manera similar al sistema de créditos de compensación(*1) entre dos países, será posible frenar una de las mayores amenazas a la economía nacional: el aumento del coste del combustible para generar electricidad.

Por todo ello, este proyecto para crear una cadena de suministro de hidrógeno sin CO2 a partir de lignito cobra un gran sentido.

SPERA hidrógeno, fácil de transportar y almacenar

El hidrógeno se puede combinar también con el petróleo, el gas natural, la energía eólica y la energía solar. El proyecto SPERA hidrógeno, del que la firma Chiyoda Corporation se propone hacer negocio, es un claro ejemplo de ello.

Este proyecto, que incluye en su nombre la segunda persona del imperativo del verbo "esperar" en latín, consiste en generar hidrógeno en plantas cercanas a yacimientos de petróleo, de gas, minas de carbón y parques eólicos, producir una reacción con tolueno y transformarlo en metilciclohexano, un elemento fácil de transportar que se encuentra en estado líquido a temperatura y presión ambiente. Posteriormente, se procesa en plantas de deshidratación para reconvertirlo en hidrógeno y poder emplearlo; el tolueno obtenido al hacer la separación en la planta de deshidratación se transporta a las plantas de hidrogenación para ser reutilizado.

La ventaja de este sistema es que transformar el hidrógeno en meticiclohexano permite obtener un hidrógeno fácil de transportar y almacenar. Si se generaliza su uso, la esperanza de la humanidad de aprovechar el hidrógeno se hará realidad, tal y como indica el nombre que ha elegido Chiyoda Corporation para su proyecto.

Para empezar, la firma se propone construir plantas que conecten el tolueno con los derivados del hidrógeno en países productores de petróleo, gas y carbón. En ese caso, el CO2 generado durante la refinación del hidrógeno en los yacimientos petrolíferos, de gas y en las minas de carbón se captura y acumula allí mismo, por lo que es posible reducir considerablemente las emisiones de dióxido de carbono. Además, en los yacimientos de petróleo, se realiza una recuperación mejorada de petróleo al inyectar el CO2 capturado y acumulado; esto facilita el aumento de la producción de crudo.

En segundo lugar, Chiyoda Corporation aspira a llevar a cabo la electrólisis del agua sirviéndose de electricidad generada por energías renovables como la solar y la eólica y aprovechar el hidrógeno resultante del proceso para el proyecto SPERA hidrógeno. En este caso, el punto débil reside en que aunque la energía eólica y la solar apenas emiten CO2 y son, por lo tanto, importantes en la lucha contra el calentamiento del planeta, son muchas las veces que hay que instalar cables eléctricos nuevos, algo que aumenta los costes y causa que la difusión de esta forma de obtener energía se esté retrasando. En este sentido, si se logra diseñar un buen mecanismo, el hidrógeno del proyecto SPERA hidrógeno hará las veces de cable eléctrico y será el encargado de transportar la energía. SPERA hidrógeno fomentará la generalización de las energías solar y eólica.

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Su potencial para cambiar por completo la estructura energética, el principal atractivo del hidrógeno

Además de estos planes, en Europa han comenzado a realizarse activamente proyectos de generación de energía a gas. Estas iniciativas consisten en emplear el excedente de la energía eólica para llevar a cabo la electrólisis del agua, mezclar el hidrógeno resultante con gas natural en gaseoductos y utilizarlo como gas. Se trata de una forma de aprovechar el hidrógeno y usar el excedente de la energía eólica, que de no emplearse aquí, se desaprovecharía por la falta de cables eléctricos.  

De este modo, el hidrógeno sirve para compensar los defectos de otras fuentes de energía si se combina con ellas, y para extraer sus puntos fuertes. Como ya hemos dicho, el principal atractivo del hidrógeno es su potencial para cambiar por completo la estructura energética.

Imagen de la cabecera: Repostaje de un vehículo de pila o célula de combustible modelo Toyota Mirai en la primera estación de hidrógeno de uso comercial de Tokio el 18 de diciembre de 2014 (cortesía de Jiji Press)

(Traducción al español del original en japonés publicado el 9 de marzo de 2015)