El hidrógeno verde de cualquier color – Por Camilo González Posso

En medio de la crisis de la energía y la búsqueda en Europa de responder al cierre de suministros de petróleo y gas, ha resonado la noticia sobre la suspensión del tren de hidrógeno en Alemania.

“Tras cuatro años de desarrollo y varios meses de uso público, se discontinuó el uso del tren que funciona con pila de combustible de hidrógeno. Las razones son estrictamente económicas y su reemplazo sería un tren que combine cables con baterías”. Dice la nota de Infobae del 8 de noviembre de 2022.

Se estima que en cinco años puede llegarse a un escenario más propicio para el uso del hidrógeno en comparación con los costos de los trenes eléctricos y los llamados híbridos que combinan electricidad, gas y baterías. Pero por lo pronto los más optimistas piensan que se necesitarán más de dos décadas para que esta tecnología sea considerada competitiva frente a las otras.

Con todas esas reservas en Colombia se ha comenzado a pensar en el hidrógeno y se tiene como referencia el avance de la experimentación en Chile. Ecopetrol anunció en 2021 el inicio de sus incursiones en hidrógeno verde, azul y en realidad gris:

“Con una inversión anual promedio cercana a los USD$140 millones al 2040, el Grupo Ecopetrol ejecuta un plan robusto para la producción de hidrógeno verde, azul y blanco, energético que aportará entre el 9% y el 11% a la meta de reducción del 50% de las emisiones de alcance 1, 2 y 3 al 2050.

Para ejecutar este plan, la Compañía ha trazado una ruta que se desarrollará en tres horizontes entre 2022 y 2040 en adelante.

Para el 2022 el plan contempla una inversión de US$6 millones en el desarrollo del piloto en la Refinería de Cartagena; la movilidad de un bus de 50 pasajeros con celda de hidrógeno del transporte masivo en alianza con Fanalca; el desarrollo de factibilidad de nuevas plantas de hidrógeno verde/azul en las refinerías de entre 40 y 60 MW cada una, y la evaluación de concentraciones de hidrógeno blanco en diferentes regiones del país” (Ecopetrol, 2021).

La incursión de Ecopetrol en esos pilotos con hidrógeno a partir de gas, y algo en hidrólisis, puede llevar a una ruta de energía limpia, pero también a una alianza con multinacionales que quieren darle un nuevo ciclo a las fuentes de energía fósil acopladas a técnicas de captura de carbón. La perspectiva en 20 años puede ser la de tener un punto de apoyo con Ecopetrol en la perspectiva de hidrógeno verde a largo plazo, o, lo que es más probable en la ruta que patrocina el BID, la utilización de energías renovables para exportar hidrógeno gris a partir de gas y carbón (BID, 2021).

Se está a tiempo para fijar el norte y la estrategia en esta materia.

Las notas que se incluyen a continuación fueron escritas en julio de 2022 para avanzar en el análisis de la herencia dejada por la administración de Iván Duque en lo que se llamó La Ruta del Hidrógeno.

El arco iris del hidrógeno teñido de gris

Con el auspicio del Banco Interamericano de Desarrollo se ha elaborado La Ruta del Hidrógeno en Colombia como una de las mayores apuestas para la transición energética a mediano y largo plazo (BID, 2021). Durante el gobierno de Iván Duque las leyes y normas sobre acción climática incluyeron al hidrógeno azul y gris como fuente de energía renovable no convencional.

En el arcoíris del hidrógeno se distingue el gris, azul y el verde y varios colores intermedios, según la emisión de CO₂ en el proceso de producción. Como se sabe, el hidrógeno (H₂) es el gas más liviano y no se encuentra en forma pura o como molécula independiente en la biósfera o en la atmósfera. Se le encuentra en compuestos con otros elementos como el agua, los hidrocarburos, el metano, en sulfuros y muchos otros. De modo que para obtener H₂ se necesita utilizar energía para liberar la molécula y almacenarla a alta presión. En los diversos procesos se tiene hidrógeno y otra molécula carbonada.

Hidrógeno gris. Se le llama al que se obtiene con fuentes fósiles. Cuando se usa carbón se logra hidrógeno en dos pasos. Primero se lo calienta con oxígeno y agua a alta temperatura y luego con el gas de síntesis se logra de un lado el hidrógeno y de otro monóxido de carbono (CO) y dióxido de carbón (CO₂). El método actualmente más utilizado en el mundo para el uso de hidrógeno en la industria es su producción a partir de gas metano que también se llama hidrógeno café. El gas natural se somete a corrientes de vapor de agua a altas temperaturas produciendo hidrógeno y CO; este CO es también procesado con vapor de agua y finalmente se tiene un remanente de CO₂.

Hidrógeno azul. Se produce a partir de fuentes fósiles e incluye en la fórmula la producción de CO₂ y CO que se capturan en alto porcentaje para ser almacenados bajo tierra o en el fondo del mar. Para que pueda llamarse azul las fuentes de energía necesaria para elevar la temperatura del agua y del oxígeno que se utiliza en el proceso, debe incluir también la captura de carbono.

Hidrógeno verde. Se obtiene por electrólisis del agua en la que la separación molecular de H₂ y O₂ requiere corriente eléctrica de fuente renovable. Si la fuente de energía de la electrólisis es carbón o gas, será otra modalidad de hidrógeno gris o azul. Cuando se utiliza la energía nuclear para la electrólisis se habla también de hidrógeno rosa.

Hidrógeno blanco es un hidrógeno geológico de origen natural. Se encuentra excepcionalmente en depósitos subterráneos y también se produce en el proceso del fracking.

Tabla 4. Métodos para producir hidrógeno

Fuente: Ángeles (2014).

La cadena del hidrógeno incluye producción, almacenamiento, transporte, distribución y consumo. En cada uno de los eslabones se han identificado ventajas y problemas a resolver que no permiten, a esta altura del desarrollo técnico en 2022, tener certezas sobre plazos y costos aunque en todos los escenarios se asume que se necesitan al menos tres décadas para que ocupe un lugar importante en la producción de energía.

Por el lado de la producción, el reto mayor está en la disminución de los costos de la electrólisis por el consumo de energía en el proceso y también por la tendencia al alza del platino y otras opciones de insumos en las celdas. El uso de energía renovable, en particular la eólica, cuenta con ventajas por la disminución de costos pero choca con límites espaciales y dificultades en el logro de licencias sociales por la ocupación de territorios a gran escala.

Si se trata de hidrógeno azul los costos se incrementan por la captura de carbono que requiere la incorporación de tecnologías que aún son experimentales.

El almacenamiento del hidrógeno requiere de tanques que resistan alta presión cuya tecnología avanza pero se torna un problema para el uso en transporte aéreo, marítimo y en trenes por el gran volumen que requieren. Lo mismo se puede decir para el transporte a largas distancias que necesiten nuevas redes de gasoductos.

El supuesto de los promotores del hidrógeno en el transporte particular o público es la construcción de redes y estaciones a escala similar a las que durante casi un siglo se han construido para la gasolina y el gas.

La nueva fuente de energía con hidrógeno es más costosa que otras basadas en energías renovables o en las de origen fósil. La viabilidad de utilización masiva del hidrógeno verde se sitúa después de 2050, cuando se espera que logren precios competitivos con desarrollo de nuevas técnicas de almacenamiento y transporte. En las próximas décadas los promotores desde el BID y desde las corporaciones esperan que se abra camino con hidrógeno gris o azul, que en todo caso implica una sustitución no solo de infraestructura de distribución con inversiones de entrada subsidiadas por los Estados, en lo que llama Bill Gates (2021) “La prima verde”. En estas décadas de transición se requerirá el cambio del parque automotor tanto público como privado con altos costos y con tiempos de vida sometidos a los cálculos de obsolescencia programada.

La ruta del hidrógeno que se ha incorporado en la llamada acción climática en Colombia supone mantener sin plazo fijo la producción de carbón y gas, aun en condiciones de disminución de la demanda externa, ofreciendo al mercado internacional hidrógeno gris y azul procesado, en especial en La Guajira y Cesar. Si se trata de gas las posibilidades se fincan en el Magdalena Medio y en la Orinoquía, pero requieren inversiones altas en transporte a la red nacional y a los puertos de exportación.

La estrategia de exportación de hidrógeno gris y azul significa una relocalización de las emisiones de carbón que disminuye emisiones en los países compradores pero deja a Colombia la responsabilidad de la captura de carbón y del saldo de emisión. Los dueños de la tecnología y del capital, que en este modelo de enclave serían las multinacionales, tendrían el control del negocio y contarían a favor grandes exenciones y beneficios locales.

Se proyecta que la participación del hidrógeno verde, en la producción y consumo de energía sea creciente, lo que implica el uso de parte importante de la energía eólica, solar y cinética marina que se espera producir en la costa caribe en las próximas tres décadas.

Como se desprende de las anteriores observaciones, el ritmo de esta ruta del hidrógeno depende de muchas variables inciertas que tienen que ver con la solución a problemas tecnológicos, de altos costos y baja eficiencia en toda la cadena de valor, incluidos los insumos. La actual crisis económica mundial y las guerras de reparto entre potencias ya han alterado todos los compromisos de respuesta al cambio climático y de descarbonización con decisiones de países de volver a animar el uso del carbón para las térmicas y en la industria y, por otra parte, en Estados Unidos quieren ampliar la producción de hidrocarburos con fracking para competir con la oferta de Rusia.

En esas condiciones de crisis, los ojos de los consumidores de la Unión Europea están volviendo hacia Colombia que sigue siendo el mayor productor en la región con reservas probadas de carbón de 4.500 Mt. (Analitik, 2019).

Lo que predicó el gobierno Duque para el hidrógeno azul en una transición progresiva, con los criterios establecidos en la Ley de acción climática y la ruta del hidrógeno, en la realidad sería aplicable al hidrógeno gris como paso intermedio hacia alternativas bajas en carbón en plazo indeterminado. La mayor producción parece proyectarse a mercados externos y en metas internas a 2050 que en condiciones excepcionales se podrían alcanzar como lo señala el documento La Ruta del Hidrógeno (2020).

Flota de al menos 1.500 – 2.000 vehículos ligeros de pila de combustible para transporte de pasajeros y carga. Se considera esencial fomentar el desarrollo de hidrogeneras en grandes núcleos de población, fomentando la adquisición de vehículos de hidrógeno para aplicaciones de gran recorrido como taxis o furgonetas de reparto. • Flota de al menos 1.000 – 1.500 vehículos pesados de pila de combustible para transporte de pasajeros y carga. Se pondrá foco en el despliegue de hidrogeneras en rutas de gran tránsito de vehículos que conecten ciudades del país, fomentando la adopción de esta tecnología por empresas de transporte de mercancías y pasajeros. Además, derivado de la Estrategia Nacional de Movilidad Eléctrica Sostenible, se prevé una importante participación del hidrógeno dentro de la flota de buses intermunicipales del país (p.25).

La sustitución de fuentes fósiles en el transporte por el uso de hidrógeno verde choca con la dinámica actual de transición con gas y con hidrógeno producido quemando carbón y metano. Además, con la crisis de la energía asociada a la guerra en Ucrania, las importaciones europeas desde Rusia tienden a ser sustituidas en los próximos años por la recuperación de térmicas con fuentes fósiles, con importación de carbón desde Colombia y también con hidrógeno gris y azul producido en Colombia con procesos altamente emisores de CO₂.

En ese contexto, las políticas promovidas en leyes, CONPES (2022) y otros instrumentos, estimulan a corto plazo la producción de hidrógeno gris y azul pero solo a largo plazo podrían garantizar las ganancias a los inversionistas extranjeros si se tienen en cuenta los altos costos de la captura de carbono y la inversión multimillonaria de la infraestructura supuestamente transitoria.

A diferencia de lo establecido en esas políticas y leyes de acción climática, en un modelo democrático hay que darle un lugar central a la transferencia de tecnología proclamada en las cumbres climáticas y a la financiación de la transición en Colombia como en Latinoamérica por el fondo capitalizado por las potencias contaminantes.

La perspectiva de producción de hidrógeno verde debería incluir políticas de ciencia y tecnología en Colombia que permitan la investigación y la formación de profesionales y de técnicos altamente capacitados en el país y en las regiones en las cuales existen potencialidades de energías renovables.

Los centros científicos de la energía o una Universidad de la Energía y el Cambio Climático, deberían formar una red latinoamericana y vincular profesionales de alta calificación de los países con mayor avance en energías renovables y en producción de hidrógeno, financiado por los Estados y por el fondo mundial conformado con aportes de las potencias contaminantes.

En cuanto a energía eólica y solar, como insumo para la producción de hidrógeno, es indispensable condicionar todo proyecto al consentimiento y participación como socios de comunidades, asociaciones de usuarios y en especial de los pueblos indígenas que sean dueños de los territorios identificados para grandes inversiones, como es el caso del norte de La Guajira.

La participación de Ecopetrol y de otras empresas públicas de energía se torna estratégico en una ruta del hidrógeno que tenga la soberanía energética y la justicia ambiental como criterio irrenunciable.