¿Qué es el hidrógeno verde y cómo se produce?

El hidrógeno es el elemento químico más simple que existe. En su isótopo más común, está formado por un protón y un electrón. Ocupa el primer lugar de la tabla periódica. Además, es el elemento más abundante del universo. Sin embargo, en la Tierra apenas lo encontramos en solitario. Suele aparecer combinado con otros elementos y forma moléculas más complejas. Un ejemplo es el agua, compuesta por hidrógeno y oxígeno.

“El hidrógeno hay que sintetizarlo, porque no hay mucho en nuestro planeta. En forma de hidrógeno molecular solo lo encontramos en las capas altas de la atmósfera y en las emanaciones volcánicas”, explica María Teresa Azcondo, catedrática de Química Inorgánica de la Universidad CEU San Pablo. Por eso, el hidrógeno no funciona como una fuente de energía en sí misma. En realidad, actúa como un vector energético.

Su importancia ha crecido en regiones como la Unión Europea y el Reino Unido. Ambas han tomado la delantera en la exploración de sus posibilidades. El objetivo es usarlo como pieza clave para descarbonizar la economía. Es decir, el hidrógeno puede ayudar a reducir las emisiones de CO2 y otros gases de efecto invernadero. Así, también puede contribuir al cumplimiento de los compromisos del Acuerdo de París.

Tipos de hidrógeno según su origen y emisiones

En la actualidad, la demanda de hidrógeno procede sobre todo de la industria. Los casi 100 millones de toneladas de hidrógeno que se producen anualmente se destinan casi en su totalidad a la industria petroquímica y a la producción de amoniaco. El gran problema es que esta generación parte mayoritariamente de combustibles fósiles, un proceso que emite más de 920 millones de toneladas de CO2 al año a la atmósfera, según los últimos balances de la Agencia Internacional de la Energía (AIE).

Además del verde, existen otros hidrógenos que reciben su nombre en función del proceso a partir del cual se obtienen, determinando su huella de carbono:

• Hidrógeno negro o marrón: Se produce a partir de la gasificación del carbón (hulla o lignito), un proceso que genera cantidades masivas de dióxido de carbono. Aunque en Occidente es un método prácticamente en desuso frente al gas natural, a nivel mundial sigue estando muy activo porque China basa en él la mayor parte de su gigantesca producción. De hecho, según la Agencia Internacional de la Energía (AIE), la síntesis de hidrógeno absorbe anualmente alrededor del 2 % de todo el consumo de carbón del planeta.
• Hidrógeno gris: Producido a partir del metano o gas natural, este proceso también genera grandes cantidades de CO2 a la atmósfera. Hoy en día, es el método de obtención dominante a nivel global: alrededor del 62 % de los casi 100 millones de toneladas de hidrógeno producidas anualmente procede del gas natural.

• Hidrógeno azul: "Si en cualquiera de los procesos anteriores aplicamos tecnologías para capturar el carbono liberado, hablamos de hidrógeno azul”, señala Azcondo. No obstante, añadir y operar estas infraestructuras de captura y almacenamiento (CCUS) encarece enormemente el proceso. A pesar de los recientes subsidios públicos y de las penalizaciones a las emisiones de CO2, a nivel estrictamente operativo este método sigue teniendo altos costes de producción y lucha por ser económicamente competitivo frente al hidrógeno fósil tradicional.
• Otros hidrógenos: Existen métodos para producirlo aplicando energía de origen nuclear para la electrólisis (hidrógeno morado), a partir de petróleo, o a través de procesos biológicos.

Cómo se produce el hidrógeno verde

“Para que el hidrógeno sea limpio, su proceso de producción debe ser limpio. No puede haber emisiones. Lo que se busca con el hidrógeno verde es dejar de usar combustibles fósiles”, destaca María Teresa Azcondo. La forma más sencilla de obtener este hidrógeno sin emisiones es mediante la ruptura del agua a través de dos procesos principales:

• Mediante la electrólisis del agua: Se utilizan diferentes tipos de electrolizadores que funcionan mediante electricidad de origen renovable y descomponen el H2O en hidrógeno y oxígeno. Existen dos grandes tipos: a baja temperatura (los más habituales) y a alta temperatura con vapor de agua. Todos estos procesos actuales parten de agua dulce, ya que al enfrentarse al agua del mar, los iones de sodio, cloro o calcio se apelmazan en el catalizador y lo dejan inactivo. Avanzar en la electrólisis del agua salada podría proporcionar una fuente de combustible estable para los barcos transoceánicos.
• Mediante ciclos termoquímicos: Este método utiliza óxidos de determinados metales que, a temperaturas intermedias (alrededor de 700 grados Celsius), reaccionan con vapor de agua liberando hidrógeno. Dicha temperatura puede alcanzarse, por ejemplo, aprovechando el calor del sol mediante espejos en una central termosolar de concentración.

Para qué sirve el hidrógeno verde en la transición energética

El hidrógeno verde es concebido como una forma de reemplazar los combustibles fósiles sin alterar sustancialmente el sistema de transporte ni el productivo, y a la vez, como un vector donde almacenar la electricidad de fuentes renovables.

Reemplazar un sistema desarrollado sobre combustibles fósiles durante 250 años no es fácil. Para esto sirve el hidrógeno: suple la electrificación allí donde no es posible, como en los transportes de gran tonelaje, grandes barcos y aviones, que seguirán necesitando combustible a medio plazo. Asimismo, es indispensable para la industria que requiere elevadas temperaturas (como la cerámica o la papelera), la cual hoy por hoy no puede operar sin combustibles.

Estas aplicaciones ya son una realidad tangible. Un hito destacado ocurrió en 2023 en la terminal de Mediterranean Shipping Company (MSC) en el puerto de Valencia, donde una carretilla portacontenedores de hasta 30 toneladas demostró que es posible operar maquinaria pesada emitiendo únicamente vapor de agua, sin rastro de humo ni CO2. Aquel proyecto piloto de la iniciativa europea H2Ports marcó el camino para la logística portuaria de cero emisiones que se está desplegando hoy. Este avance práctico convive con otros polos de innovación consolidados, como las plantas de producción y repostaje en el distrito de Avedøre (Copenhague), o el archipiélago escocés de las Orcadas, reconocido internacionalmente por haber logrado su ambición de convertirse en un verdadero ecosistema o ‘isla del hidrógeno’.

Ventajas del hidrógeno verde

La ventaja más evidente del hidrógeno como combustible es que libera energía sin emitir gases contaminantes. Al reaccionar con el oxígeno durante la combustión, su única emisión es vapor de agua.

Este elemento ya se usó para alimentar el primer motor de combustión hace más de 200 años, lo que resalta su adaptabilidad. “La gran ventaja del hidrógeno es que sigue siendo un combustible. No hay que hacer grandes cambios, pero es un combustible limpio”, sostiene Azcondo, afirmando que es el futuro en el marco de las alternativas frente al cambio climático desde el Acuerdo de París.

Retos del hidrógeno verde

A pesar de sus bondades, el camino del hidrógeno verde está plagado de incógnitas. El principal desafío es que todo su ciclo de vida necesita ser limpio y, actualmente, para separar el hidrógeno de otros elementos hay que aplicar enormes cantidades de energía. Sus retos son, de hecho, los mismos retos de la transición energética hacia la sostenibilidad.

“El problema hoy por hoy es que para producir y transportar el hidrógeno hay que gastar más energía que la que luego se consigue cuando se quema”, advierte Pedro Prieto, vicepresidente de la Asociación para el Estudio de los Recursos Energéticos (AEREN). “La pregunta es si realmente podemos generar la energía suficiente como para producir todo el hidrógeno que nos haría falta”. Para hacernos una idea, a nivel global se consumen actualmente más de 103 millones de barriles de petróleo diarios (rozando los 5.000 millones de toneladas al año). De esta cifra colosal que habría que reemplazar, cerca de dos tercios (en torno al 65 %) se destinan de forma exclusiva al sector del transporte, según datos de la Agencia Internacional de la Energía.

Por tanto, la primera gran apuesta pasa por eliminar las emisiones de los actuales sistemas de producción. A nivel logístico, el gas tiene tan poca densidad que es casi imposible evitar fugas; es corrosivo, muy inflamable y requiere temperaturas extremas (-252,9 °C, su punto de ebullición) para mantenerlo en estado líquido, dificultando enormemente su almacenamiento y transporte.

Para Pedro Prieto, las dudas persisten en toda la cadena: “Lo primero que hay que pensar es de dónde sale la energía renovable y la energía para construir los aerogeneradores y las placas solares. Hoy por hoy, esta procede fundamentalmente de los combustibles fósiles”. A eso hay que sumar el coste energético para crear infraestructuras, encauzar agua y desalinizarla.

En resumen, como subraya el miembro de ASPO, hoy el débito energético inicial del ciclo del hidrógeno supera su crédito energético, obligando a gastar más energía en todo su proceso de la que finalmente se obtendrá al utilizarlo.

El futuro del hidrógeno verde

El futuro a corto plazo todavía no está del todo claro, aunque hay grandes esperanzas. Aunque informes fundacionales de la AIE como 'The Future of Hydrogen' sentaron las bases, los actuales balances de la agencia confirman que el elemento clave de esta década es el inmenso apoyo regulatorio e inyección de capital desde el sector público. Atrás quedó la fase centrada únicamente en investigación y desarrollo (I+D); hoy, el hidrógeno verde crece impulsado por subsidios industriales masivos y mecanismos como el Banco Europeo del Hidrógeno.

La AIE no lo considera la solución universal, pero sí la herramienta insustituible para descarbonizar los sectores difíciles de electrificar (industria pesada, aviación y transporte marítimo). Para que funcione, se debe multiplicar la inversión buscando reducir el precio de producción, solventar definitivamente su transporte y almacenamiento, y eliminar de una vez por todas el papel del carbón y el metano fósil en esta industria.

A corto plazo, las principales oportunidades radican en reformar la red de gasoductos de metano existente y exprimir los llamados 'Valles de Hidrógeno': puertos industriales y polos energéticos donde hoy domina la petroquímica y que pueden hacer la transición de forma local. El camino a seguir está trazado y es evidente, pero la salida definitiva del túnel de la transición energética todavía se vislumbra lejana.