Hidrógeno “verde”. ¿Una realidad posible o una utopía?

En estos días son varios los proyectos de futuro de producción de hidrógeno (H₂) verde como fuente de energía alternativa a la actual preeminente gas natural (GN).

Procedamos a exponer las características de ambos elementos. El combustible hidrógeno verde se obtiene por electrolisis de agua mediante electricidad generada por tecnologías renovables, como eólica y fotovoltaica. El producto de su combustión no contamina, es solamente vapor de agua, a diferencia del combustible fósil GN, cuya composición mayoritaria es metano (CH₄) y consecuentemente en su combustión emite dióxido de carbono (CO₂). El objetivo de reducir las emisiones de dióxido de carbono de aquí a 2030, de al menos un 55 % con respecto a los valores de 1990, es uno de los motivos del impulso actual de los proyectos de H₂ verde, además por el recorte en el suministro de GN desde Rusia a Alemania motivado por la guerra de Ucrania. ¿Dichos proyectos serán una realidad posible o una utopía? Vamos a analizar sus características ventajosas y también sus dificultades.

Producción.

El GN se encuentra con abundancia en los campos petrolíferos y metaneros y su extracción es relativamente económica salvo un pequeño coste por su depuración para eliminar pequeños porcentajes de otros gases que lo contaminan (por ejemplo gas corrosivo sulfhídrico). Por su parte, el H₂ verde, su fuente de energía renovable, eólica y fotovoltaica, es gratuita aunque sí tiene un coste de instalación y mantenimiento de las torres y campos de células solares, además de los electrolizadores para obtener hidrógeno del agua.

Potencia calorífica

Un determinado volumen de gas en condiciones normales tiene aproximadamente el mismo número de moléculas, sea H₂ (peso molecular 2) o CH₄ (peso molecular 16). Así, un metro cúbico de H₂ tiene menos material combustible que el de CH_4, y su potencia calorífica ((12758 kJ) es menor que el del GN (35803 kJ).Luego ésta es una desventaja del hidrógeno verde frente al GN, ya que hay que transportar más volumen del primero que de GN para conseguir la misma energía en el destino final.

Almacenamiento y transporte

El gas H₂ es el segundo gas más difícil de licuar (el gas noble helio He es el primero). Sin embargo, el GN en forma líquida (GNL) es relativamente más fácil de almacenar y transportar. Por simple compresión no se puede licuar el metano por mucha presión que se le aplique. Por esto, para el transporte por gasoductos a largas distancias el GN se comprime a 72 atmósferas sin que se licue. Se utiliza estas altas presiones para aumentar el contenido de combustible transportado por un metro cúbico (51 kg), a diferencia de lo que contiene en condiciones normales, 0.714 kg a una atmósfera y temperatura ambiente. En las redes interiores de las ciudades la presión baja a 16 atmósferas. Sin embargo, la simple compresión del GN no es útil para optimizar los depósitos de almacenamiento debido a la todavía baja densidad del gas. Es preferible bajar la temperatura y llegar a obtener gas natural líquido (GNL). La licuefacción por refrigeración de un gas está condicionada por una propiedad característica del mismo, su punto crítico. El del metano es -82.6 ºC y 46.44 atmósferas. Si se baja la temperatura por debajo del punto crítico la presión puede ser menor que la crítica, 46.44 atmósferas, de tal modo que a -161 ºC se obtiene líquido a la presión atmosférica con una densidad de 450 kg/m³. Este GNL se puede utilizar para su transporte marítimo mediante buques metaneros y en los puertos de destino volverlo a gasificar e inyectarlo en los gasoductos de distribución.

En el caso del hidrógeno, su transporte y almacenamiento es más dificultoso que del GN. En condiciones normales, una atmósfera y temperatura ambiente, la masa contenida en un m³ es muy inferior a la del metano, 0.044 kg. Por consiguiente, los gasoductos deberían trabajar a más altas presiones, lo que implicaría tuberías más resistentes.

En cuanto a la posibilidad del almacenamiento del H₂ en forma de líquido, hay que tener en cuenta que éste es el segundo gas más difícil de licuar exigiendo muy bajas temperaturas, por debajo de su temperatura crítica, -240.17 ºC. El hidrógeno líquido a la presión atmosférica se obtiene a la temperatura -252.76 ºC, próxima al cero absoluto, con una densidad muy baja, 70,8 kg/m³, no comparable a la del GNL, 450 kg/m³. Además, el proceso de licuefacción requiere mucha energía (entre el 30% y el 40% del contenido energético del hidrógeno licuado). Además, esta diferencia de densidad energética, haría que el transporte mediante buques fuera más costoso (con el mismo contenido energético) que el del GNL.

Reactividad y propiedades de difusión del H₂

No es conocido que las moléculas de metano del GN interfieran con el material constructivo de los gasoductos. Sin embargo, sí se sabe que el H₂ se difunde a través del acero estructural y puede fragilizarlo. Pues bien, el proyectado gasoducto de hidrógeno verde denominado H2Med entre Barcelona y Marsella, deberá ser, por una parte, más robusto que los gasoductos de GN puesto que el hidrógeno debe ser comprimido a más elevadas presiones, y por otra, deberá soportar el deterioro debido a la difusión del H₂. Estos dos factores elevarán los costes del H2Med comparados con los de un gasoducto de GN.

Inflamabilidad y seguridad

Son frecuentes noticias sobre fufas de GN en domicilios e industrias que provocan explosiones muy destructivas. Los límites de inflamabilidad de las mezclas de metano y aire están entre 5.3 y 15% Las fugas de H₂ son más peligrosas pues su intervalo de inflamabilidad es mucho más amplio, 4 y 75%.

En resumen, se puede concluir que, salvo en lo respeto al medio ambiente, reducción del CO₂, el hidrógeno verde tiene muchas desventajas en comparación con el GN. Hidrógeno “verde”. ¿Una realidad posible o una utopía? El futuro con los avances de la ciencia y la tecnología, decidirán.