El hidrógeno, siendo el elemento más común en el universo, se posiciona como una opción energética con gran potencial para la movilidad eléctrica. Los coches eléctricos dotados de celdas de combustible de hidrógeno tienen la ventaja de su velocidad de recarga y su amplia autonomía, equiparables a los vehículos de combustión, pero con la ventaja de solo emitir vapor de agua por el tubo de escape
Esto convierte al primer elemento de la tabla periódica en una solución eficiente y ecológica, ideal para una transición energética sostenible. En su estado gaseoso y en condiciones normales de temperatura y presión, el hidrógeno no exhibe ningún color. Sin embargo, en ciertos contextos, especialmente cuando se utiliza en aplicaciones industriales, se visualiza mediante códigos de color para facilitar la identificación de su procedencia. Hasta ahora se había definido un auténtico arcoíris, pero un accidente añadió el rojo al ya abundante abanico de colores.
El futuro de la movilidad es eléctrico: la guerra entre las baterías y el hidrógeno
El hidrógeno puede ser utilizado de dos maneras: quemándolo para generar calor o empleándolo en pilas de combustible para producir electricidad. En ambos casos, el único subproducto resultante es vapor de agua, lo que convierte al proceso en una opción libre de carbono. Sin embargo, al ser un gas, necesita ser comprimido a presiones muy altas para que su uso sea práctico, lo que presenta desafíos significativos en términos de almacenamiento y transporte y ha permitido coger ventajas a las baterías eléctricas.
Tanto los vehículos eléctricos a batería como los de pila de combustible utilizan motores eléctricos. La diferencia radica en el origen de la energía: los primeros se cargan conectándolos a un enchufe para recargar las baterías, mientras que los segundos utilizan hidrógeno, que se reposta en estaciones de servicio específicas.
Para muchos, los vehículos con pila de combustible de hidrógeno representan lo mejor de ambos mundos, al ofrecer una conducción sin emisiones junto con la ventaja de un repostaje rápido. Mientras que los legisladores y fabricantes de automóviles en Estados Unidos y Europa han apostado principalmente por la tecnología de baterías, los fabricantes japoneses tienen una visión más amplia: creen que los vehículos con pila de combustible de hidrógeno serán una parte integral de la combinación definitiva en el futuro de la movilidad.
Un nuevo color que hace del hidrógeno una fuente de energía inagotable
Las diversas variantes de hidrógeno están asociadas con el origen de la energía requerida tanto para extraerlo como para separarlo de otros elementos. Es tan limpio como los procesos de energía que se emplean para producirlo. Los más conocidos son el gris, derivado del gas, altamente contaminante (actualmente, aproximadamente el 90% del hidrógeno a nivel mundial se produce mediante la quema de combustibles fósiles); el verde, que se obtiene a partir de fuentes de energía renovable, o el azul, obtenido a partir de gas natural, pero capturando el dióxido de carbono generado.
Japón es una isla relativamente pequeña, pero con enormes demandas energéticas. Allí, la tecnología del hidrógeno aparece como una solución sostenible y fiable para la generación de electricidad, especialmente desde la crisis del petróleo en la década de 1970. Además del uso de la energía nuclear, Japón ha considerado al hidrógeno como una alternativa importante para satisfacer sus necesidades energéticas a largo plazo.
El país es líder en la producción de energía nuclear y cuenta con una sólida cadena de suministro de hidrógeno. Por eso, los fabricantes de automóviles japoneses han desarrollado y comercializado numerosos vehículos eléctricos de pila de combustible. Fukushima Hydrogen Energy Research alberga la planta de hidrógeno verde más grande del mundo, aunque el hidrógeno limpio producido en dicha planta resulta muy caro.
El hidrógeno rojo (a veces también llamado rosa o magenta), producido a partir de energía nuclear, puede ser la respuesta a las necesidades energéticas de Japón. Una realidad que no está exenta de controversias. Hace poco más de una década, el accidente nuclear en la central nuclear de Fukushima desencadenado por un terremoto y un tsunami en la región de Tohoku y que provocó la fusión y explosión en el reactor nuclear, hizo que Japón cerrara todos los reactores nucleares sustituyéndolos por la quema de petróleo, carbón y gas natural.
Ahora, el aumento de los precios de los combustibles ha llevado a Japón a replantearse su decisión de emplear la energía nuclear, aunque de una manera diferente.
HTGR, el reactor refrigerado por gas de alta temperatura
Los reactores nucleares aprovechan la energía liberada por la fisión de átomos pesados como el uranio o el plutonio para generar calor. Este calor puede utilizarse directamente o para hervir agua y generar vapor que acciona turbinas y produce electricidad.
Durante el proceso de fisión, se liberan neutrones que pueden iniciar reacciones en cadena, generando aún más calor y energía. Esta reacción nuclear puede ser difícil de manejar: el exceso de calor debe eliminarse constantemente para evitar una fusión no controlada. La mayoría de los reactores nucleares en funcionamiento en todo el mundo son reactores de agua ligera, que utilizan agua líquida como refrigerante para este propósito.
Los reactores HTGR (High-Temperature Gas-Cooled Reactor) utilizan helio en lugar de agua como refrigerante. Este gas tiene la capacidad de alcanzar temperaturas mucho más altas que el agua y, al ser un gas inerte, no corroe las tuberías del reactor. Permite que el reactor funcione a temperaturas de casi 1.000 ºC, mientas que los reactores de agua ligera operan a 315 ºC. El calor generado en los reactores HTGR puede ser utilizado directamente para alimentar procesos industriales pesados.
Y aquí está la clave: uno de los usos del calor generado por los reactores HTGR es en el proceso de reformado con vapor, que se utiliza para producir hidrógeno a partir del metano y otros componentes del gas natural. El uso de este calor de origen HTGR permite la producción de hidrógeno sin necesidad de utilizar combustibles fósiles.
Sin embargo, es importante tener en cuenta que el reformado con gas aún genera subproductos como monóxido de carbono y dióxido de carbono como resultado de las reacciones químicas. A pesar de esto, en general, la producción de hidrógeno utilizando el calor de un reactor HTGR puede reducir su huella de carbono en aproximadamente un 40%.
Pero, existen otras opciones para aprovechar este calor. La electrólisis de vapor a alta temperatura y el proceso termoquímico de separación del agua con yodo y azufre liberan hidrógeno sin la formación de carbono. Los científicos japoneses fueron los primeros en el mundo en conectar un reactor nuclear HTGR a una planta de producción de hidrógeno mediante un ciclo termoquímico. En 2004, un reactor de prueba ya estaba operativo y en 2010 funcionó con éxito durante 50 días a plena potencia.
A pesar de quedar en suspenso tras el desastre de Fukushima, el reactor fue reiniciado el 30 de julio de 2021 y ha estado operando a plena capacidad desde entonces. En un futuro, el hidrógeno rojo podría reemplazar al gas y al petróleo. A medida que aumenta el número de vehículos eléctricos en las carreteras, la producción de electricidad se convierte en un desafío y esta variedad del hidrógeno podría ser una solución.
Los desafíos a los que se enfrenta la producción de hidrógeno rojo
La producción de hidrógeno rojo presenta varios desafíos que los científicos e investigadores están tratando de abordar. El primero es la eficiencia del proceso, que debe ser muy alta para que sea una alternativa viable. Actualmente, la eficiencia no es óptima, y los científicos están trabajando en mejorarla. Por otro lado, la conversión de gases contaminantes en hidrógeno limpio requiere tecnologías avanzadas y mucha optimización.
Actualmente, la producción de hidrógeno rojo es costosa debido a la necesidad de equipos y tecnologías específicas. Además, para que el hidrógeno rojo sea una solución práctica, debe ser escalable a nivel industrial. Esto implica superar los desafíos económicos y técnicos. Los científicos han de investigar y seleccionar las materias primas más apropiadas para maximizar la eficiencia y minimizar los impactos ambientales.
Una vez producido, el hidrógeno rojo tiene que almacenarse y distribuirse de manera eficiente. Los sistemas han de ser seguros y efectivos para garantizar que el hidrógeno llegue a su destino sin pérdidas significativas. Por último, aunque el hidrógeno rojo se produce a partir de gases contaminantes, es importante evaluar su huella ambiental total. Los científicos deben considerar el ciclo de vida completo del proceso, incluyendo la producción, el uso y la eliminación.
El hidrógeno rojo tiene un gran potencial, pero está obligado a superar estos desafíos para lograr su adopción generalizada como fuente de energía limpia y sostenible.
