El hidrógeno, producido a partir de energías renovables (solar y eólica) podría ser la clave para una movilidad sostenible en el futuro, baja en carbono al convertirse en una alternativa para el transporte, frente al uso de combustibles fósiles que generan grandes cantidades de CO2 y otros gases de efecto invernadero que provocan el calentamiento global.
Las necesidades de este importante sector, más allá de los automóviles particulares, podrían satisfacerse a través del uso del hidrógeno mediante vehículos eléctricos con pila de combustible, que emplea el hidrógeno como fuente de energía y emite vapor de agua.
Los vehículos con células de combustible pueden complementar los vehículos eléctricos, superando las limitaciones de peso, alcance y carga asociadas a los segundos.
Experiencias en diversas latitudes evidencian que el uso de este tipo de vehículos se puede expandir a segmentos de alta tasa de utilización como camiones, trenes, taxis, entre otros.
Cuando se produce mediante electrólisis a partir de energías renovables, la huella de carbono del hidrógeno es nula.
En un informe de la Agencia Internacional de Energía Renovable (IRENA, por sus siglas en inglés), publicado a principios de septiembre de 2018, se señala que "desde el punto de vista tecnológico, el hidrógeno está sin ninguna duda preparado para convertirse en un vector energético complementario a la electricidad, y situarse como alternativa clara, limpia y renovable a los productos derivados del petróleo y otros combustibles no renovables" (1).
El gran desafío: reducir el consumo de combustibles fósiles
Aun cuando se han hecho esfuerzos para combatir el cambio climático y disminuir la emisión de CO2 y otros gases contaminantes, éstos parecieran ser insuficientes de acuerdo al último informe de la Agencia Internacional de la Energía (IEA, por sus siglas en inglés), presentado a principios de 2018.
Si bien la generación de energía proveniente de fuentes renovables (eólica, solar e hidroeléctrica) registró un incremento de 6,3% en 2017, alcanzando el 25% de la generación de energía mundial, las emisiones globales de CO2 crecieron 1,4% (460 millones de toneladas) en ese mismo período, luego de tres años de estancamiento, debido a una aceleración en la demanda mundial de energía, que tuvo un incremento de 2,1%, el doble del ritmo observado en 2016.
Según la IEA la demanda de energía subió un 2,1% en 2017, como consecuencia del incremento en el consumo de los combustibles fósiles que alcanzaron 81% de la demanda total de energía y un 70% del incremento de emisiones con respecto al año pasado.
Entre los combustibles fósiles, el gas natural aumentó la demanda 3%; el carbón subió 1% y el petróleo1,6%, más del doble de la media registrada en el decenio precedente, debido a su uso en el transporte, principalmente.
¿El hidrógeno, combustible del siglo XXI?
El hidrógeno puede desempeñar un rol muy importante para impulsar la transición energética y descarbonizar el transporte y otros sectores productivos.
La innovación ha sido, es y será la clave para asegurar que todos los países puedan beneficiarse de energías renovables a bajo costo, contribuyendo al logro de los objetivos del Acuerdo de París.
En ese sentido, la invención de las células de energía (pila de combustible) hizo posible que el hidrógeno se abriera paso entre todos los combustibles tradicionales, al ser éste un proceso idóneo para producir electricidad y calor de forma eficiente, silenciosa y sin emisiones contaminantes.
Aunque el vehículo de hidrógeno posee un motor eléctrico al igual que el vehículo eléctrico tradicional, el primero emplea pila de combustible y produce su propia electricidad.
La fabricación y comercialización a gran escala de este tipo de vehículos no ha iniciado pero las grandes corporaciones y fabricantes de automóviles continúan a marcha acelerada sus investigaciones, a fin de optimizar el performance de sus productos, muchos de los cuales están a la venta desde hace años y hoy presenta un aumento progresivo de su demanda.
Según datos de la Agencia Internacional de Energía Renovable (IRENA), en 2017 circulaban 8.000 vehículos de hidrógeno en todo el mundo.
Vehículos de hidrógeno
IRENA señala en su informe sobre el hidrógeno que los vehículos eléctricos de pila de combustible proporcionan ventajas para el transporte pasajeros y de carga: camiones, autobuses regionales/interurbanos, etc. y vehículos de alta tasa de utilización como los taxis, al combinar la flexibilidad del hidrógeno con la eficiencia del motor eléctrico y a largo plazo, podría ser una opción más económica.
Este segmento del transporte tiene potencial a corto plazo y se espera que el hidrógeno juegue un papel muy importante. De hecho, la pila de combustible ha sido empleada en autobuses y validada en ambientes reales en Europa y Norteamérica.
"Los costos de producción han disminuido, significativamente, en los últimos años y continuarán haciéndolo a medida que aumenten los volúmenes", señala el informe.
Respecto a los camiones de pila de combustible, el mismo estudio indica que están en desarrollo y se espera que la implementación a gran escala comience en los próximos años.
En el segmento de transporte de pasajeros (mediano a grande), los vehículos de pila de combustible tienen un potencial a largo plazo dependiendo de la materialización de varios factores como las cadenas de suministro de reabastecimiento de combustible y la infraestructura.
Transporte ferroviario, aéreo y marítimo
Además del transporte terrestre, el hidrógeno tiene también un gran potencial y puede contribuir a descarbonizar, a largo plazo, los transporte ferroviario, marítimo y aéreo.
La primera flota de trenes de hidrógeno comenzó a operar al norte de Alemania, país que reemplazará los trenes diésel en las líneas no electrificadas. De acuerdo al informe de IRENA varios países, entre ellos Reino Unido, los Países Bajos y Austria, están tomando acciones en esa dirección.
En el sector marítimo, los buques de células de combustible están en la etapa de demostración.
La propulsión eléctrica basada en celdas de combustible en el transporte aéreo está siendo considerado y en demostración en aviones de hélice (pequeños).
De acuerdo a lo señalado por IRENA en su publicación, "la descarbonización para aviones a reacción puede lograrse mediante el uso de e-combustibles como combustible alternativo compatible (drop-in) para complementar los biocombustibles.
En la actualidad son varios los proyectos que se desarrollan con la finalidad de demostrar la capacidad operativa de los vehículos de pila de combustible en el sector transporte. Unos cuantos ya muestran resultados que dan cuenta del potencial que tiene el hidrógeno como vector energético complementario para la electricidad. A continuación, expondremos algunas de ellas.
Despliegue de autobuses ecológicos en Europa
Un total de 291 autobuses de pila de combustible serán desplegados, a principios de 2020, en 22 ciudades pertenecientes a 8 países europeos (Francia, Alemania, Islandia, Noruega, Suecia, Holanda, Italia y Reino Unido), como parte los proyectos JIVE y JIVE 2 (Joint Initiative for hydrogen Vehicles across Europe), que comenzaron en el segundo semestre de 2017 y enero de 2018, respectivamente.
Con esta iniciativa se pretende demostrar la capacidad operativa de los autobuses de pila de combustible; además de sentar las bases para la adopción de esta tecnología a gran escala.
Adicionalmente, 40 autobuses de hidrógeno de última generación comenzarán a operar en la primavera de 2019, en las ciudades alemanas Colonia y Wuppertal, 30 en la primera y 10 en la segunda.
Taxis y patrullas de policía cero emisiones
Otro proyecto que busca acelerar la comercialización de los automóviles con pila de combustible es el ZEFER (Zero Emission Fleet vehicles For European Roll-out), que se plantea introducir 180 vehículos en Bruselas, Londres y París para ser utilizados como taxis, patrullas de policía y servicio de alquiler.
Aspiran mejorar los números de las estaciones de repostaje y propiciar el empleo de esta tecnología a una mayor escala.
ZEFER colectará los datos de los vehículos, que estarían listos a finales de 2018, para hacer un análisis de rentabilidad y rendimiento Se espera que estén listos a finales de este año.
Los primeros trenes de hidrógeno ya están en servicio
Luego de culminado el período de pruebas, el 17 de septiembre, los dos primeros trenes Coradia iLint entraron en servicio comercial en Baja Sajonia, Alemania.
Con bajo nivel de ruido y cero emisiones, los trenes que alcanzan hasta 140 km / h., operan en la ruta de Buxtehude-Bremervörde-Bremerhaven-Cuxhaven, que cubre 100 kilómetros de distancia, de acuerdo con un horario fijo.
Los nuevos trenes tienen células de combustible que convierten el hidrógeno y oxígeno en electricidad, que luego es transferida a las baterías de litio. El hidrógeno se almacena en un tanque de combustible ubicado sobre el techo.
El volumen del tanque de hidrógeno le da una autonomía de hasta 1.000 kilómetros, por lo que puede operar todo el día con un solo repostaje.
Las dos primeras unidades son solo el inicio, 14 nuevos trenes vienen en camino. El objetivo es sustituir los trenes diésel convencionales en las líneas no electrificadas.
Con el uso cotidiano de esta tecnología se allana el camino para que el transporte ferroviario opere sin emisiones en el futuro.
Primer barco que funciona solo con energías renovables
Energy Observer es el nombre del primer barco de propulsión eléctrica que utiliza la combinación de diferentes energías renovables (eólica, solar e hidráulica) y de un sistema que produce hidrógeno a partir de agua de mar sin emisiones de CO2, otros gases ni partículas contaminantes.
La embarcación, construida en Canadá en 1983, fue transformada y preparada para probar la efectividad de la propulsión con fuentes renovables en un viaje de 6 años (2017-2022) por el mundo, período durante el cual visitará 50 países y 101 puertos. El Energy Observer realizará una parada en Tokio que coincidirá con el inicio de los Juegos Olímpicos de 2020.
¿Cómo funciona? Es impulsado por dos motores eléctricos alimentados por tres paneles fotovoltaicos que ocupan una superficie de 130 m2, dos turbinas eólicas y una cometa de 50 m2. Cuando no hay viento ni sol, el barco continúa se avance gracias a la cometa y los motores reversibles generan una corriente que permite producir hidrógeno, a partir del agua de mar, que se almacena en una pila de combustible.
En cada puerto que amarre, la tripulación expondrá los métodos de para obtener energía a partir de fuentes renovables con respeto al medio ambiente.
El fin último de esta innovadora embarcación es demostrar su autonomía y la viabilidad de las energías renovables, además de probar, en situaciones extremas, esta tecnología.
Toca acelerar la marcha
Aun cuando las energías renovables y las innovaciones tecnológicas han impulsado cambios en la forma en que la energía se produce, se distribuye y se consume, el incremento de las emisiones globales de CO2 y de la demanda de energía, como consecuencia del incremento en el consumo de los combustibles fósiles, obliga a acelerar la marcha para el aprovechamiento del enorme potencial del hidrógeno.
La velocidad dependerá, entre otros factores, del resultado de los proyectos de demostración en marcha, el establecimiento de nuevas políticas y la reducción de los costos mediante una economía de escala.
- IRENA (2018), El hidrógeno a partir de energías renovables: Perspectivas de la tecnología para la transición energética, Agencia Internacional de Energía Renovable, Abu Dhabi.
