América Latina abre la puerta al hidrógeno verde

Franklin Chang-Díaz aborda su automóvil, enciende la radio y escucha la noticia sobre otro aumento en el precio de la gasolina. Se pone en marcha sabiendo que su viaje no le saldrá más caro: en su tanque lo que lleva es hidrógeno. El vehículo toma ese elemento y lo combina con oxígeno en una celda de combustible que funciona como una pequeña central. El resultado es energía —la cual pasa a una batería para ser usada en el movimiento del auto— y vapor de agua. Así que el viaje no solo no le saldrá más caro, sino que contaminará muchísimo menos que el de un auto tradicional con motor de gasolina.

Cuando necesita llenar el tanque, a Chang-Díaz le gustaría tener a su alcance una estación de hidrógeno pública cercana, pero lo cierto es que eso aún no es posible… ni en su Costa Rica natal ni en ningún país de América Latina las hay. Entonces, termina en la estación de hidrógeno que él mismo construyó como parte de un proyecto con el cual trata de demostrar que el hidrógeno verde —el generado con energías renovables— ya no es el futuro, sino el presente.

Este físico, exastronauta de la NASA y actual CEO de la empresa Ad Astra Rocket, tiene una visión clara: el hidrógeno verde es una pieza fundamental para bajar las emisiones contaminantes del sector transporte y convertir a regiones importadoras de combustibles fósiles —como su pequeño país centroamericano— en exportadoras de energía limpia, algo indispensable para evitar la catástrofe por el calentamiento global.

Según datos del Banco Interamericano de Desarrollo, los sectores más contaminantes de América Latina y donde se podría aplicar la tecnología del hidrógeno limpio son el transporte (que genera el 40 % de las emisiones de CO₂ de la región) y el sector de la electricidad y la energía (36 % de las emisiones). Por eso Chang-Díaz defiende que el hidrógeno tiene un inmenso potencial.

Y este científico no está solo en sus apreciaciones. El transporte con hidrógeno a gran escala será parte del futuro, dice Nilay Shah, ingeniero químico del Imperial College London. “Para 2050, el hidrógeno podría aportar el 18 % del suministro energético mundial … 28 % de este se destinaría al sector del transporte”, señala, junto a colegas, en un artículo sobre la aplicación del hidrógeno en tecnologías de movilidad en el Annual Review of Chemical and Biomolecular Engineering  de 2022.

Pero para que el hidrógeno verde forme parte importante de la matriz energética mundial será necesario que las tecnologías para su obtención se desarrollen a gran escala. Se trata de un futuro del que América Latina quiere ser parte y se prepara ya con proyectos a lo largo de toda la región.

No todos los hidrógenos son iguales

El hidrógeno es el elemento químico más ligero: su núcleo tiene solo un protón, el cual es orbitado por un electrón. También es el más común: se cree que hasta el 90 % de los átomos del universo podrían ser de hidrógeno. En su estado gaseoso (H₂), es insípido, incoloro e inodoro. En el entorno terrestre, suele encontrarse en compuestos más complejos, como cuando dos átomos de hidrógeno están unidos a uno de oxígeno y forman una molécula de agua (H₂O), o como cuando cuatro átomos de hidrógeno se unen a uno de carbono y forman metano (CH₄). Si necesitamos los átomos de hidrógeno solos, debemos desacoplarlos de estos compuestos.

Su uso como fuente de energía no es nueva. Durante décadas, la NASA mezcló el gas H₂ con oxígeno y para generar la energía necesaria para elevar cientos de toneladas y enviar al espacio sus transbordadores espaciales. El Departamento de Energía de Estados Unidos lo cataloga como un combustible más seguro que los fósiles porque no es tóxico y se disipa rápidamente en caso de fuga, pues es más liviano que el aire.

En la actualidad, el hidrógeno como fuente de energía se usa principalmente en la producción de derivados del petróleo, acero, amoníaco y metanol. Datos de la Agencia Internacional de la Energía (AIE) al 2020 indican que en el planeta se consumen cada año cerca de 90 millones de toneladas de hidrógeno —que es tan solo el equivalente al 2,5 % del consumo energético global—. América Latina usa apenas el 5 % de ese hidrógeno, principalmente en países como Trinidad y Tobago, México, Brasil, Argentina, Venezuela, Colombia y Chile. Se trata en su mayoría hidrógeno sucio, que contamina el planeta a través de los procesos por los que se obtiene.

Según el modo en que se procese, el hidrógeno puede ser gris, azul, verde —y en algunos casos, hasta negro—. El hidrógeno gris se genera utilizando combustibles fósiles; en el caso de América Latina especialmente gas natural. Para ello se somete a un proceso llamado reformado por vapor. Se toma monóxido de carbono (CO) y vapor de agua (H₂O) y gracias a altas temperaturas (donde se emplea el gas natural), presión moderada y un catalizador se produce dióxido de carbono (CO₂) e hidrógeno (H₂). Si para generar el calor necesario en el reformado de vapor se usa carbón en lugar de gas, el hidrógeno se considera negro —el peor de todos desde el punto de vista ambiental—.

El hidrógeno azul utiliza gas o carbón en el mismo reformado por vapor, pero en este caso el 80 % o 90 % de las emisiones de carbono terminan bajo tierra a través de un proceso llamado captura y almacenamiento de carbono industrial (CSS, por sus siglas en inglés). Finalmente, el hidrógeno verde —también llamado limpio— emplea energía eléctrica generada por fuentes renovables, como la energía solar y la eólica, para separar por medio de un ánodo y un cátodo la molécula del agua en sus dos elementos, el hidrógeno y el oxígeno, en un proceso se llamado electrólisis.

En la actualidad, menos del 0,4 % del hidrógeno que consume América Latina es verde; el resto está ligado a combustibles fósiles. De hecho, en 2019, la producción de hidrógeno para la región requirió de más gas natural que todo el consumido en Chile, un país con 19 millones de habitantes. También generó más emisiones contaminantes que las producidas en un año por todos los automóviles de Colombia, una nación con unos siete millones de vehículos.

A nivel planetario, 4 % de la producción de hidrógeno ya es fruto de la electrólisis, pero el restante 96 % sigue necesitando de gas, carbón o derivados del petróleo.

Hacia el hidrógeno verde

Con la meta de producir cada vez más hidrógeno verde, una serie de propuestas concretas y de diferentes escalas se materializan en América Latina.

• La compañía brasileña Unigel planea inaugurar en 2023 una planta de 120 millones de dólares estadounidenses, la cual producirá 10.000 toneladas por año de hidrógeno verde —el equivalente a 60 megavatios (MW)— en su primera etapa.
• En el norte del subcontinente, Sener Ingeniería México anunció en agosto de 2022 la creación de la primera de una serie de plantas pequeñas, de unos 2,5 MW.
• Chile, por su parte, ya está viendo algunos frutos de su Estrategia Nacional de Hidrógeno Verde, lanzada en 2020. Este país sudamericano se plantea “conquistar mercados globales” en 2030, principalmente Europa y China, donde prevé llevar el 72 % de su producción. El puerto de entrada a Alemania será Hamburgo. “Con su gran potencial para la producción de hidrógeno verde, Chile está a punto de convertirse en un exportador de magnitud global”, dijo el alcalde mayor de la ciudad alemana, Peter Tschenscher, durante la firma de un acuerdo de cooperación en septiembre de 2022.
• Uruguay lanzó el Fondo Sectorial de Hidrógeno Verde, con 10 millones de dólares estadounidenses no reembolsables de parte del Gobierno para financiar proyectos. En agosto de 2022, nueve empresas ganaron un espacio, entre ellas algunas con nombres tan sugestivos como “Producción de H₂ verde para transporte forestal” y “Proyecto Palos Blancos: planta de producción de hidrógeno, amoníaco y fertilizante verdes con energía renovable eólica y solar fotovoltaica”.
• Y en Costa Rica, Chang-Díaz está ayudando a liderar el camino para añadir el hidrógeno verde a la cartera de fuentes de energía limpias del país (cerca del 99 % de la electricidad en Costa Rica se genera a través de fuentes como el sol, el viento y el agua de las represas). En julio de 2022, Chang-Díaz compartió en sus redes sociales cómo cargaba su automóvil, en una estación prototipo de su empresa Ad Astra Rocket, con hidrógeno verde producido en su propio país.

Mientras algunos países de América Latina pueden verse beneficiados con la producción de hidrógeno verde, otros lo podrán hacer con el consumo a gran escala de esta fuente de energía limpia. Por ejemplo, Trinidad y Tobago, país que consume el 40 % del hidrógeno de la región para sus procesos de refinado del petróleo, emite 12,3 toneladas métricas de carbono por persona por año (en comparación, Costa Rica emite 1,6 toneladas métricas por habitante por año, según datos del Banco Mundial al 2019). Si Trinidad y Tobago en lugar de hidrógeno gris utilizara hidrógeno verde en sus procesos, se disminuiría notablemente su huella de carbono.

Otros países son más creativos y no se centran en este momento ni en la producción ni en el consumo de hidrógeno verde. Panamá busca convertirse en un nodo de almacenamiento y comercialización de este elemento, similar al hub aéreo y de transporte marítimo que ya es. Además, como parte de este plan nacional de transformación energética, denominado Hoja de Ruta del Hidrógeno Verde, las autoridades de este país firmaron con Siemens Energy un memorando de entendimiento. Si todo sale como está previsto, en Panamá también se producirán 405.000 toneladas métricas de hidrógeno verde cuando esté terminada la Biorefinería Ciudad Dorada, cuya construcción se espera que comience este año.

“La tecnología de hidrógeno verde está en desarrollo en todo el mundo y de aquí al 2030 Latinoamérica es la tercera región del mundo con más proyectos, después de Europa y Australia”, señala José Miguel Bermúdez, ingeniero químico y analista de tecnologías energéticas de la AIE.

Para Shah, la causa de este creciente interés es clara: muchos países de América Latina tienen el potencial de generar más energía limpia de la que necesitan. “Tomemos Chile como ejemplo. El potencial de su energía renovable es 10 veces más que la cantidad de electricidad que se necesita en el país”, explica el especialista.

Exportar esa energía limpia de Chile o de Costa Rica en forma de electricidad a grandes distancias es complicado y caro. En cambio, utilizar esa energía limpia para crear hidrógeno y transportarlo en tanques a prácticamente cualquier lugar del mundo es realista, aunque requerirá de inversiones —como en su momento fue necesario invertir en buques petroleros y gasoductos—.

Pero, además, agrega Shah, el hidrógeno verde podría transportarse con infraestructura existente hoy si se lo usa para crear productos populares, como el amoníaco (NH₃, un átomo de nitrógeno unido a tres de hidrógeno, un compuesto muy usado en la agricultura) o combustibles sintéticos.

Los retos por resolver

Después de resolver la producción y la distribución del hidrógeno verde, vienen sus múltiples aplicaciones. Los autos lo combinan con oxígeno en una celda de combustible y generan vapor de agua y energía, la cual administran mediante una batería para mover el vehículo. Para producir hierro el hidrógeno se usa con el fin de transformar una molécula de óxido de hierro (Fe₂O₃) en dos moléculas de hierro (Fe) y tres de agua (H₂O) en un ambiente de altas temperaturas —para eso, actualmente, se usan energías fósiles—. Ese hierro puede ser procesado con más energía para obtener acero.

La fabricación de cemento también requiere altas temperaturas, hoy generadas con energías fósiles: la AIE indica que 67 % de la demanda de hidrógeno en 2030 podría provenir de esa industria. Además, el hidrógeno combinado con carbono en el proceso Fischer-Tropsch genera combustibles sintéticos, más limpios que los combustibles fósiles tradicionales. Los aviones ya están autorizados a volar con hasta 50 % de queroseno sintético.

Unos 50.000 vehículos de hidrógeno ya circulan en todo el mundo, agrega Bermúdez. Las proyecciones son que la cantidad se disparará pronto —solo China espera tener un millón en sus calles en el 2035—, pero los expertos concuerdan en que, en el corto o mediano plazo, el hidrógeno no sustituirá completamente a los combustibles más contaminantes, sino que será una opción más en una matriz con diferentes opciones, como por ejemplo los autos eléctricos tradicionales o los aviones solares. Eso sí, concuerdan también en que será una opción de relevancia y no marginal.

“Habrá una serie de tecnologías y áreas de oportunidad que no tienen que ser específicamente iguales en todos los países de nuestra región”, explica Andrés González Garay, ingeniero de procesos en la empresa química BASF y uno de los coautores del artículo sobre la producción de hidrógeno y sus aplicaciones a la movilidad en el Annual Review of Chemical and Biomolecular Engineering. “También es cierto que el hidrógeno, si bien se puede aplicar en un montón de áreas, no en todas va a tener sentido, y va a depender mucho de nuestros sistemas políticos, sociales y económicos”, agrega.

Para llegar a ese estadio más amigable con el ambiente que ofrece el hidrógeno verde se requiere aumentar lo antes posible su producción y, al mismo tiempo, alentar su consumo, señala Shah. “La producción de hidrógeno en todo el mundo crecerá de seis a 10 veces de aquí al 2050”, señala González Garay, y el camino esperable es que el aumento sea principalmente en hidrógeno limpio.

El rol de los gobiernos será fundamental, señalan los científicos. “Si los gobiernos se convierten en los primeros usuarios del hidrógeno —para sus edificios, para sus flotas de vehículos, para sus operaciones de creación de energía— entonces se convierten en el consumidor. Después pueden crear las cadenas de suministro de hidrógeno y dar confianza a los productores de que existe un mercado”, explica Shah.

“Es necesario que el sector público ponga las regulaciones y los programas de apoyo para acelerar al sector privado. Son necesarias políticas públicas que fuercen la demanda para el hidrógeno verde ... Si Latinoamérica no se posiciona bien y empieza a producir y cerrar acuerdos, corre el riesgo de quedarse atrás”, añade Bermúdez.

Precisamente, Chang-Díaz teme que países como Costa Rica, pese a producir el 99 % de su electricidad de manera limpia, no lleguen a tiempo para aprovechar la ola del hidrógeno verde que ya comienza a elevarse. En diciembre de 2022 participó como expositor en un encuentro internacional realizado en San José, la capital de su país, pero al mismo tiempo en la Asamblea Legislativa no avanza el proyecto de ley de apoyo al sector, que se discute desde hace meses. Así que, al menos por ahora, él seguirá siendo el único en su país que puede trasladarse en un automóvil que usa como combustible hidrógeno verde.