Hace seis años, en el Acuerdo de París, el mundo se comprometió a no sobrepasar un aumento de la temperatura global de 2 °C en comparación con los niveles preindustriales. Sin embargo, las emisiones de gases de invernadero, como el dióxido de carbono (CO2), siguieron creciendo: lo hacen a un ritmo que, según los modelos, nos llevará a superar los valores de referencia en más de 3° C.
Este oscuro horizonte se debe en gran medida a nuestra dependencia de los combustibles fósiles, actualmente la forma más barata de producir electricidad indispensable para el desarrollo.
Entre otras, el hidrógeno (H2) surge hoy como una alternativa más que prometedora, porque dependiendo de cómo se produzca cuando se quema solo emite agua. El 'hidrógeno gris' se hace con combustibles fósiles como el petróleo y el carbón. El 'azul' se fabrica de la misma manera, pero luego se captura el CO2 producto del proceso, se lo almacena de forma segura o se lo utiliza en la industria.
Utilizando energías renovables (como la eólica o la solar) se puede obtener hidrógeno limpio y con cero emisiones de carbono. Es el llamado “hidrógeno verde”, que muchos consideran la energía del futuro. Sin embargo, hay una ruta de obstáculos por delante para hacerlo realidad.
Con la idea de analizar este escenario y hacer una puesta al día del estado de la tecnología, entre el 10 y el 14 de julio se realizará en la Argentina el Octavo Simposio de Hidrógeno, Celdas de Combustible y Baterías Avanzadas (VIII Symposium on Hydrogen, Fuel Cells and Advanced Batteries, HYCELTEC 2022) y la primera reunión presencial de la Red Iberoamericana del Hidrógeno.
“Se trata de un encuentro que empezó a hacerse en España y Portugal cada dos años en la primera década de este siglo –cuenta Horacio Corti, investigador de la CNEA y profesor de dedicación simple en la Facultad de Ciencias Exactas de la UBA, que desde hace 20 años trabaja en temas relacionados con celdas de combustible y baterías de litio-aire–. En el último, que fue en Barcelona, en 2019, propuse hacerlo en Buenos Aires. Aceptaron y debió haber sido el año pasado, pero la pandemia lo impidió y decidimos pasarlo a este año. Se trata de una reunión académica, con presentaciones científicas, pero también de trabajos aplicados. Por ejemplo, va a haber muchos sobre hidrógeno y celdas de combustible (similares a las baterías, pero que no se agotan ni necesitan recargarse mientras se les suministre el combustible que usan) aplicados a la electromovilidad, tanto en vehículos terrestres como aéreos y marítimos”.
Una geóloga de Brasil hará una presentación sobre almacenamiento de hidrógeno en yacimientos depletados (o sea, vacíos). Se presentarán los principales proyectos en marcha en el país y asistirán también representantes de la industria interesados en hacer más “verdes” los procesos de la siderurgia, la producción de fertilizantes y las refinerías.
Economía 2.0
Ya en la década de 1970, el químico sudafricano John Bockris, que en ese momento era profesor de la Universidad de Pensilvania, en Estados Unidos, concibió la idea de una "economía del hidrógeno" en la que se almacenaría energía renovable en H2 obtenido del agua a través de electrólisis, y que luego se convertiría en electricidad en celdas de combustible in situ para satisfacer las necesidades de fábricas y hogares.
Estados Unidos y Japón tomaron la delantera en el desarrollo de esta tecnología. El Departamento de Energía del primero se propuso alcanzar en 2030 la meta 1-1-1 (un kg de hidrógeno a un dólar en una década, https://www.energy.gov/eere/fuelcells/hydrogen-shot-summit) y el año último, el gobierno del Reino Unido también lanzó su estrategia de hidrógeno con una hoja de ruta tendiente a que este elemento alimente desde el transporte hasta la producción y la calefacción doméstica para la misma fecha. Actualmente, el hidrógeno producido por electrólisis cuesta entre cuatro y 5 dólares, y el producido a partir de gas natural está entre uno y medio, y dos dólares el kilogramo.
“Estamos ante una explosión de investigaciones en esta área –comenta el químico Luis Baraldo, vicedecano de la Facultad de Ciencias Exactas de la UBA–. Honestamente, nunca vi algo así, semejante cantidad de convocatorias y pedidos de estudiantes para trabajar en estos campos. Todo el tiempo hay colegas que se están volcando al tema”.
Para obtener el hidrógeno del agua (donde los átomos de H2 están unidos con los de oxígeno), se requiere energía eléctrica. El hidrógeno verde se produce reemplazando la generada con combustibles fósiles tradicionales por fuentes renovables. Las tecnologías actuales usan agua dulce ultrapura que, sin embargo, es escasa (<1% de la existente en el planeta), pero el agua de mar es un recurso casi infinito (más del 96 % de las existencias son de ese líquido). Esta puede tratarse y hay investigadores que creen que debería desarrollarse un electrolizador (dispositivo que separa las moléculas de hidrógeno y oxígeno) que pueda utilizarla directamente.
En el encuentro de Exactas habrá invitados de España, Ecuador, Colombia, Alemania. “De este país vendrán dos científicos que trabajan en el desarrollo de electrolizadores modernos –destaca Corti–. Son uno de los cuellos de botella en la fabricación de hidrógeno verde, porque se puede tener energía, molinos de viento, paneles fotovoltaicos y con eso, uno genera energía eléctrica. Pero si no tiene los electrolizadores, que son los que la usan para disociar el agua electroquímicamente en hidrógeno y oxígeno, no alcanzan. En estos aparatos se da el proceso inverso de lo que sucede en las celdas de combustible, en las que uno hace ingresar hidrógeno y oxígeno, y obtiene energía eléctrica”.
La tecnología actual de estos dispositivos es clásica, tiene casi medio siglo, pero se prevé una verdadera revolución en esa área. “Todos los días se abren proyectos, convocatorias de gente que se está lanzando a trabajar en esto –destaca Baraldo–. Dada la escala de uso prevista, modificar un 1% la eficiencia de ese proceso es una oportunidad enorme”.
Hoy se usa gas natural para producir hidrógeno porque es más económico. Un problema de la electrólisis es que necesita agua. Y el otro es el costo, muy dependiente del de la energía eléctrica.
“Estamos es una situación extraña, similar a aquella en la que se encontraban las baterías hace 20 años aproximadamente, cuando a partir de una tecnología clásica comenzó una modernización con nuevos materiales que transformó por completo el escenario –explica Baraldo–. El hidrógeno venía en una situación más tradicional, más madura y ahora, de golpe.... Por un lado, el valor de la energía renovable viene bajando porque está aumentando la capacidad instalada, y se estima que lo mismo va a pasar con los electrolizadores gracias a fuertes inversiones y a cambios tecnológicos”.
Como complemento de las energías renovables, el hidrógeno presenta inmejorables oportunidades para el país. “Los combustibles que usamos todo el tiempo tienen la ventaja de que están a disposición cuando uno quiere y no necesariamente hay que usarlos en el lugar donde se producen –subraya Miguel Laborde, químico especializado en la tecnología del hidrógeno y ex presidente del Conicet–. Aquellas generan energía eléctrica, pero de forma local e intermitente. Al transformarlas en un combustible, se abre la posibilidad de almacenarlas, venderlas y exportarlas. En ese sentido, la Argentina tiene un potencial enorme, porque cuenta con capacidad para generar energía renovable, tanto eólica en el Sur como fotovoltaica en el Norte. En la zona pampeana se puede utilizar biomasa (pilas alimentadas con alcohol). No hay muchos lugares en el mundo que tengan un panorama tan favorable”.
Los científicos anticipan que habrá mucha inversión en este tema en el mundo y consideran presenta una oportunidad que no debería perderse. “En la academia tenemos muy buena ciencia básica y una gran tradición en electroquímica, que es una de las áreas fuertes en el país. Lo que va a empezar a suceder es que habrá que participar en proyectos concretos –afirma Baraldo–. Por otro lado, en la industria hay mucha experiencia en el manejo de hidrógeno, porque la Argentina tiene plantas que producen fertilizantes, acero, metano y refinerías. Es el único país latinoamericano que domina todas esas aplicaciones y además tiene experiencia en manejar gases comprimidos, por lo que pasó con el GNC. O sea, tenemos los recursos humanos y los recursos naturales”.
Otro de los cuellos de botella es el transporte. Según explica Laborde, el H2 es una molécula pequeña que fragiliza el acero, es muy liviano y asciende rápidamente. Por eso se está trabajando en materiales para segurarse de que las fugas no sean significativas. “Todavía no está muy claro cómo se puede hacer llegar el hidrógeno a lugares lejanos –agrega Corti–. Una forma de transportarlo, en vez de comprimirlo o licuarlo, que es muy caro e ineficiente, es transformarlo en amoníaco [que puede conservarse en estado líquido a bajas temperaturas], y de paso generar una industria local de fertilizantes”.
Por una feliz coincidencia, a partir de 2024, el país también contará con una instalación de primer orden para la aplicación de técnicas neutrónicas para el análisis de celdas de combustible y baterías. “Estarán accesibles en cuanto finalice la construcción del reactor RA10 en el Centro Atómico Ezeiza –ilustra Corti–. Una parte de los neutrones que produzcan se utilizarán en el Laboratorio Argentino de Haces de Neutrones. Lo interesante es que mientras los rayos X sirven para analizar átomos pesados, aquellos son útiles para los átomos livianos, fundamentalmente hidrógeno y litio. Allí se podrá estudiar cómo se mueven el hidrógeno y el agua en un electrolizador, o en una celda de combustible, qué pasa con el litio dentro de una batería”.
La adopción de sistemas sostenibles de producción de energía es una de las cinco líneas prioritarias que impulsa la Agencia I+D+I (de promoción científica y tecnológica). En la última convocatoria se recibieron más de 25 proyectos en litio e hidrógeno, de los cuales se seleccionarán una decena que recibirán un promedio de 100 millones de pesos cada uno. El proceso de evaluación está en marcha y culminará en agosto.
No hay duda de que la transición energética es uno de los más apremiantes desafíos que tenemos por delante. “Se requiere un cambio de paradigma y eso exige la aparición de nuevas tecnologías, nuevas industrias –subraya Laborde–. Es necesaria una conducta diferente de la sociedad, porque la demanda energética es mucho mayor que la generación de energía renovable. Todos apuntan a producir cada vez más. Y producir cada vez más significa gastar cada vez más energía eléctrica. Eso, en algún momento, hay que replantearlo”.
Para Baraldo, algo está claro: “No habrá una única solución para todas las situaciones. Estamos mal acostumbrados, porque tenemos esta circunstancia histórica increíble, con acceso a toda esta energía acumulada en forma de combustibles fósiles disponibles. El futuro no será así: se usarán distintas fuentes de energía para diferentes soluciones, ecuaciones adaptadas a cada sector. Como sucede hoy con la industria: no usamos un solo recubrimiento, un solo material. Para la producción de energía sucederá lo mismo”.
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