Se habla del hidrógeno como combustible desde 1807. Así que no. No es novedad. De hecho, en 1966, General Motors lanzó el primer vehículo de pasajeros propulsado por este elemento químico. Aun así, en la actualidad se le considera como una de las soluciones más innovadoras para la movilidad sostenible.
Las razones no son menores. Su única emisión a la atmósfera es vapor de agua, brinda una autonomía de más de 1000 kilómetros y, contrario a los carros eléctricos con batería que requieren horas para recargarse, estos solo necesitan entre cinco y quince minutos.
Por si fuera poco, hay una característica aún más llamativa: el hidrógeno es el elemento más abundante: se encuentra en el 90 % de los átomos del universo, en el 75 % del Sol, en el 10 % del cuerpo humano y en el agua, que cubre nada más y nada menos que el 70 % de la superficie de la Tierra.
Si está casi en todas partes, ¿por qué aún no se ha convertido en el combustible más utilizado? El motivo es que en la Tierra solo existe en combinación con otros elementos y no es tan sencillo separarlos.
Entonces, para producir hidrógeno siempre se buscan otros componentes que lo contengan y los someten a un proceso para extraerlo. El ingeniero industrial de la Pontificia Universidad Javeriana Iván De la Cuesta menciona algunos ejemplos: “Los hidrocarburos no son nada más que cadenas de átomos de carbono rodeados por átomos de hidrógeno. El amoniaco es la combinación de nitrógeno e hidrógeno. Y en los alcoholes, como en el etanol y metanol, también podemos encontrarlo”.
Más allá de lo largo y complejo que pueda ser este método, los avances tecnológicos y la creciente urgencia por encontrar alternativas a los combustibles fósiles altamente contaminantes, como la gasolina y el diésel, han impulsado la investigación en este campo.
“Dicen que el hidrógeno es el combustible del futuro, yo diría que es el combustible del presente con el que estamos construyendo el futuro”, asegura De la Cuesta, quien es candidato a Ph.D. en Ingeniería Aplicada a la Innovación Industrial en la Economía del Hidrógeno.
Una solución para el transporte de carga pesada
De la Cuesta es el fundador de ALTABEC Energy Inc., una empresa canadiense que convierte camiones de motor a combustión interna (los cuales utilizan combustibles fósiles), en camiones eléctricos que funcionan con pila a combustible hidrógeno.
“La tecnología del hidrógeno está diseñada para vehículos que requieren una cantidad considerable de energía para movilizarse de un punto A a un punto B”, explica. Por eso, dice estar “completamente convencido” de que la mejor solución para mitigar el impacto ambiental de los vehículos de carga pesada, como las tractomulas o las grúas, está en este elemento químico, pues así reducirían el consumo de fósiles y la cantidad de gas carbónico que se libera a la atmósfera.
Según el ingeniero, un vehículo funciona mejor con hidrógeno que con baterías cuando tiene ciclos de operaciones muy altos, en escenarios donde requiere mayor energía debido a la carga que debe transportar y cuando necesita cortos periodos de recarga y gran autonomía. “Las baterías no son una solución técnicamente adecuada para los vehículos de carga pesada, pero sí para vehículos pequeños y ligeros, como los vehículos de pasajeros”, puntualiza.
A su vez, aclara que la diferencia entre las baterías eléctricas como la de litio-ion, una de las más avanzadas en el mercado, y el hidrógeno es altísima. Mientras la primera tiene una densidad energética de 0.27 a 0.3 kilovatios hora por kilogramo, el hidrógeno tiene 33.33 kilovatios hora por kilogramo. Esto significa que mientras cuente con más energía irá más lejos y podrá cargar mayor peso.
“El camión eléctrico que fabrica Tesla, el Semi, tiene una autonomía de unos 800 kilómetros. En cambio, un camión eléctrico propulsado por hidrógeno supera los 1000 kilómetros de autonomía”, agrega.
¿Cómo funciona el hidrógeno?
Dentro del vehículo, el hidrógeno sirve para alimentar las celdas de combustible. Alejandro Pérez, profesor del Departamento de Química de la Pontificia Universidad Javeriana, explica que cuando el hidrógeno pasa por esas celdas “reacciona con el oxígeno para generar electricidad (electrones) que se acumula en ciertas baterías y que permite que se mueva un vehículo o cualquier motor”.
Este elemento, dice, se almacena de manera gaseosa, así que funciona igual que los vehículos con gas natural comprimido. De tal manera que solo se necesitan pocos minutos para llenarse por completo.
La pila de combustible es la que transforma el hidrógeno con ayuda del oxígeno para producir dos cosas: electricidad y vapor de agua. Por eso se considera cero emisiones, aunque, señala, es muy importante tener en cuenta su producción.
En busca del hidrógeno verde
Existen varios tipos de hidrógeno y se catalogan por colores dependiendo de qué tan limpio es según su producción.
El más utilizado es el hidrógeno gris, que se produce a partir del gas natural fósil. De acuerdo con De la Cuesta, es la forma más sencilla y económica de extraer hidrógeno. Por eso, entre el 95 y el 98 % proviene de esta fuente.
“Es altamente contaminante porque es un metano (CH4) que produce gases de efecto invernadero incluso más poderosos que el dióxido de carbono. Además, cuando se utiliza el hidrógeno en los vehículos con motor de combustión interna, también se producen otros gases de efecto invernadero como los óxidos de nitrógeno (NOx) que son liberados a la atmósfera”, explica.
También está el hidrógeno azul, que pretende usar una tecnología para atrapar el gas carbónico antes de que salga a la atmósfera. “Esto es casi como querer atrapar un eructo. No se ha comprobado su eficacia total y parece que no es tan efectivo”, añade.
Y el más sustentable, según De la Cuesta: el hidrógeno verde. “En la última década, gracias a la caída de los costos de producción de energía renovable, especialmente la eólica y la solar, está tomando mucha fuerza el tema de electrólisis, es decir, extraer hidrógeno del agua a través de una corriente eléctrica”.
El profesor Pérez indica que estos procesos de separación para obtener hidrógeno requieren muchísima energía. Por eso es necesario que se usen energías limpias porque si se realiza con carbón, gas natural o cualquier otro fósil, solo se estaría trasladando el problema.
¿Se está produciendo hidrógeno verde en Colombia?
Colombia solo tiene reservas de petróleo hasta mediados de 2030, de acuerdo con la Agencia Nacional de Hidrocarburos (ANH), adscrita al Ministerio de Minas y Energía. Por ello, han aumentado las inversiones con el fin de favorecer la transición energética.
En marzo de 2022, el expresidente Iván Duque presentó dos plantas de producción de hidrógeno verde en Cartagena, y aseguró que para 2030 “Colombia será el mayor exportador de hidrógeno verde de América Latina y el Caribe”.
Una de ellas es de Ecopetrol, empresa que instaló 270 paneles solares para producir más de siete toneladas de hidrógeno verde al año. La otra es de Promigas, que asegura generar una tonelada y media por año.
Además, en Itagüí, Antioquia, ya existe una estación de carga de hidrógeno traída por la empresa Hevolución, que está vinculada a Opex.
Principales retos
Adicional a la producción del hidrógeno, otros de los retos más importantes para el profesor Pérez son el transporte y los costos.
“Como el hidrógeno es una molécula tan pequeña, se puede filtrar a través de los materiales utilizados para su transporte, esto puede resultar en fugas y pérdidas, lo que implica riesgos de seguridad. Ya tenemos plantas en la Costa, pero ¿cómo la llevamos a otras ciudades? Muchas veces toca acomplejarlo con el mismo gas natural y cuando llegue al destino otra vez toca hacer el proceso de separación para extraer el hidrógeno”, explica.
Frente a esto ya existen soluciones planteadas por países pioneros en Asia y Europa. “La tecnología para almacenar y transportar el hidrógeno, que es 14 veces más liviano que el aire, ya está bastante avanzada. Consiste en tanques de acero recubiertos con fibra de carbono que tienen por dentro una capa protectora de plástico. Esto impide que el hidrógeno se escape”, comenta De la Cuesta.
Aclara que el hidrógeno vuelve quebradizos a los metales, por lo que una tubería tradicional que transporta gas natural no puede ser utilizada para llevar este elemento químico.
En cuanto a los costos, ambos coinciden en que en estos momentos su precio es bastante elevado en comparación con los combustibles fósiles. Sin embargo, dicen que así sucede al llegar una nueva tecnología, como fue el caso de los computadores y los celulares que, en su momento, eran inalcanzables para la mayoría, pero que ahora son mucho más asequibles.
Según Hevolución, un carro se tanquea con seis kilos de hidrógeno. En este momento un kilogramo cuesta entre 16 y 18 dólares, pero De la Cuesta dice que “se espera que para 2030 un kilo cueste un dólar. Esto pasara cuando se aumenten las economías de escala, es decir, cuando aumente el consumo tanto del hidrogeno como de la tecnología del hidrogeno (electrolizadores y pilas a combustible)”.
Pérez agrega que el papel de la ciencia y la tecnología es también ayudar a reducir costos. “Llegaremos a hacer uso del hidrógeno de una forma más generalizada. Ya se está haciendo, no es algo inalcanzable. Falta seguir invirtiendo en investigación y desarrollo”.
Si bien todavía hay desafíos que enfrentar, como las redes de abastecimiento y los costos asociados, el hidrógeno como combustible se perfila como una opción cada vez más viable y sostenible para la movilidad del futuro. Con avances continuos en la tecnología y un mayor enfoque en la reducción de las emisiones, es probable que veamos un crecimiento significativo en los próximos años.
Como dice De la Cuesta: “los fósiles son nuestros ancestros descansando en la eternidad. Dejémoslos descansar en paz porque ya hicieron suficiente y continuemos con las tecnologías limpias, renovables y sustentables para tener un futuro libre de emisiones de carbono”.
