Hidrógeno: la apuesta para combatir el cambio climático (parte 1)

Hidrógeno: la apuesta para combatir el cambio climático (parte 1)

En nuestro planeta todavía sigue habiendo negacionistas del cambio climático, pero todo parece indicar que se están quedando solos. Muchas de estas personas defendían de manera subrepticia los intereses de las industrias de combustibles fósiles (petróleo, carbón, gas), pero incluso en estas industrias ya no se les escucha tanto, o ya no se les promueve con el mismo ahínco. Así que su soledad es ahora más notoria.

Pareciera que finalmente la especie humana está llegando al consenso (y qué difícil fue llegar a ello) de que si no tomamos los toros por los cuernos, nuestros nietos o bisnietos ya no tendrán un planeta azul que disfrutar; será gris y será invivible.

Y este consenso se puede resumir así: los crecientes fenómenos extremos del clima, como las inundaciones, las tormentas, los gigantescos incendios, así como los sucesos que se vienen dando de forma paulatina como el aumento en los niveles del mar, el calentamiento de los océanos y del aire, o el derretimiento de los glaciares son, en gran medida, producto de la emisión de gases de efecto invernadero, principalmente de CO2.

Parte importante de este consenso es el haber cuantificado de manera aproximada lo que todo esto significa para la economía global y los avances sociales, así como lo que implica para la integridad física y mental de las personas.

Hasta los más escépticos y los más pragmáticos se han dado cuenta de que la respuesta del planeta a las heridas que le hemos infligido no solamente ha sido devastadora en términos sociales, sino también económicos.

Las cifras hablan por sí mismas: en un artículo de Schroders de 2016 sobre el impacto del cambio climático en la economía global, se habla que, durante el 2011, las pérdidas por desastres naturales les costaron a las compañías aseguradoras más de $126 mil millones de dólares. Esto en sólo un año y solamente en relación con las personas, los bienes y la infraestructura asegurados, es decir que las pérdidas reales fueron mucho mayores.

En cuanto a proyecciones se refiere, ha habido numerosos estudios que muestran un panorama verdaderamente preocupante. Los desastres naturales, no solamente serán más frecuentes, sino también más intensos, trayendo afectaciones significativas a varios sectores de la economía.

En la definición de su Índice de Resiliencia al Cambio Climático, que busca medir la capacidad de respuesta de un país a los desastres naturales cuyo génesis se encuentra en el cambio climático, el Economist Intelligence Unit (EIU) revela que el mismo está compuesto de los siguientes indicadores:

  • Pérdida de tierras/capital físico debido a los fenómenos climáticos y meteorológicos extremos.
  • Impacto en los servicios públicos, las necesidades básicas y el gasto público. 
  • Impacto en el sector agrícola (pérdida de rendimiento de los cultivos). 
  • Pérdida de productividad laboral.
  • Pérdida de turismo.
  • Pérdida de comercio.
  • Costes de adaptación.
  • Costes de mitigación.

Y lo preocupante para países como Colombia es que el EIU llega a la conclusión de que los países que tendrán los mayores impactos económicos son los países de Latinoamérica, Medio Oriente y África (ver gráfico). Esto contrasta con el hecho de que las naciones con mayores emisiones de CO2 en 2019 eran China (29 %), Estados Unidos (15 %), India (7,4 %), Rusia (4,8 %) y Japón (3,2 %). 

Hidrógeno: la apuesta para combatir el cambio climático (parte 1)

Impactos económicos del cambio climático.

Dentro de los estudios que proyectan la afectación a la economía global causada por el Cambio Climático, se encuentran los del Hydrogen Council, los del Swiss Re Institute, los de Climate Central, los de la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos, los de Naciones Unidas, los del Foro Económico Mundial y los de la Agencia Internacional de Energía (IEA, por sus siglas en inglés), entre muchos otros.

Todos coinciden en que si no se toman las acciones necesarias las consecuencias del cambio climático van a ser tremendamente negativas para el medio ambiente y para la economía de los países, es decir para la humanidad en particular y para la vida en nuestro planeta en general.

Específicamente, el estudio The economics of climate change: no action not an option, del Swiss Re Institute de este año dice que “a mediados de siglo el PIB mundial sería entre un 11 y un 14 % menor que el de un mundo sin cambio climático (es decir, con un cambio de 0°C)”.

Si consideramos que el PIB global sería del orden de $218 billones de dólares en 2050, según proyecciones de la Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económicos (Ocde), estaríamos hablando de una cifra de entre US $24 y US $30 billones. Es decir que la afectación a la economía global sería gigantesca, de no hacerse nada.

Precisamente fruto de la adhesión casi universal al convencimiento de que “no tomar acción, no es una opción” es que en las últimas décadas surgieron la Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático (CMNUCC u ONU Cambio Climático) en 1992, El Protocolo de Kyoto en 1997 y el Acuerdo de París en 2015.

A pesar de los avances y la buena voluntad de quienes han suscrito estos acuerdos, la tarea más importante: el promover la implementación de las recomendaciones de estos mecanismos multilaterales, todavía tiene un largo camino por delante.

El Acuerdo de París estableció que todos los países deben contribuir al esfuerzo global de hacerle frente al cambio climático y establecer una meta de reducción de emisiones. Así mismo, el acuerdo dispuso una meta global de mitigación de los efectos del cambio climático y de adaptación a los mismos. Ahora bien, mitigar los efectos está íntimamente relacionado con la reducción de la emisión de gases de efecto invernadero.

El CO2 representa más del 75 % de este tipo de gases, pero por fortuna el hidrógeno puede contribuir en gran medida a reducir esta emisión de CO2 como veremos más adelante. Con base en lo anterior vamos a dedicar el resto de esta columna a entender por qué el hidrógeno es tan importante como combustible de cero emisiones de carbono, cómo se puede producir, en qué tipo de aplicaciones se podría utilizar, qué deben hacer los países para promover la oferta y la demanda de este combustible, qué se está haciendo a nivel global y qué ha hecho Colombia al respecto.

También es igualmente importante conocer cuáles son los grandes retos que el hidrógeno trae consigo, ya que de esto último realmente depende qué tan rápido se podrá efectuar una transición energética que nos conduzca a una economía global basada en hidrógeno, como principal reemplazo de los combustibles fósiles.

Pero antes debemos dejar claro una cosa, el hidrógeno no está llegando a reemplazar todas las demás fuentes de energía renovable, de hecho las fuentes de energía fotovoltaica, eólica, hídrica y demás fuentes limpias deberán complementarse unas a otras. Es más, en la lucha contra los gases de efecto invernadero los países en vías de desarrollo, como Colombia, deben contemplar también la energía nuclear, pero eso es tema para un artículo aparte. En todo caso, si las proyecciones de los expertos se llegan a dar, es muy posible que el hidrógeno llegue a convertirse en la principal fuente de energía en el planeta.

¿Cómo encontramos el hidrógeno?

La primera vez que yo escuché del hidrógeno como portador de energía distinto al que ya se usa en los cohetes espaciales (una parte del combustible de estos cohetes es hidrógeno líquido), fue por un amigo. Me dijo que el hidrógeno, al mezclarlo con oxígeno, produciría energía y agua. Que lo único que faltaba era voluntad política para empezar a utilizarlo.

La realidad es más compleja. Lo primero que hay que entender es que para producir la energía y el agua de los que habla mi amigo, debemos contar previamente con la materia prima, es decir con una porción de hidrógeno y otra de oxígeno. El oxígeno en su estado elemental (O2) es abundante en nuestro planeta, tan solo el aire que respiramos tiene un 21 % de oxígeno, mientras que con el hidrógeno pasa todo lo contrario.

A pesar de ser el elemento más abundante del universo, así como el más abundante en la Tierra, el hidrógeno es extremadamente escaso como elemento aislado en nuestro planeta. El aire, por ejemplo, contiene solamente un 0,000055 % de hidrógeno (H2).

Por el contrario, lo encontramos de manera cuantiosa en moléculas que comparte junto a otros elementos, como por ejemplo en el agua (H2O), o en toda la materia orgánica acompañado del carbono, como es el caso del metano (CH4), el principal compuesto del gas natural, o en el petróleo y en sus derivados.

Todo lo anterior nos deja frente a la necesidad de tener que producirlo, o mejor, de extraerlo del agua o de los combustibles fósiles, de manera limpia y viable económicamente, si queremos después usarlo en la producción energética. He aquí el quid de la cuestión.

La aproximación al hidrógeno debe llevarse a cabo teniendo en cuenta tanto las oportunidades como los desafíos que este nuevo actor energético trae consigo. Empecemos con sus desafíos.

El hidrógeno y sus desafíos

El hidrógeno, como portador de energía limpia y renovable, se enfrenta con retos considerables que deben ser sorteados. Empecemos entonces por listar algunos de ellos en cada una de las fases de su cadena de valor (materia prima, producción, transmisión, almacenamiento, distribución y consumo):

  • La producción global de hidrógeno es, actualmente, de unos 70 millones de toneladas al año. No obstante, esta producción proviene en un 76 % del gas natural y en un 23 % del carbón (además de carbono, este mineral contiene hidrógeno y otros componentes). En una menor proporción se obtiene del petróleo. ¡Pero en los procesos que se usan en estos casos se generan cuantiosas cantidades de CO2! Diez toneladas de dióxido de carbono por cada tonelada de hidrógeno producido (10 tCO2/tH2) cuando la materia prima es el gas natural, 12 tCO2/tH2 cuando se usa petróleo o sus derivados y 19 tCO2/tH2 cuando la materia prima es el carbón.
  • Tenemos entonces frente a nosotros dos retos en uno: empezar a producir hidrógeno de forma limpia (vía electrólisis o capturando el CO2 cuando se extraiga de combustibles fósiles) y al mismo tiempo hacerlo de forma económicamente competitiva.
  • El hidrógeno que hoy en día se produce se usa principalmente en la refinación del petróleo (33 %), en la producción de amoníaco (27 %), en la producción de metanol (11 %), en la reducción de hierro para producir acero (3 %) y en otras industrias (aproximadamente 26 %), las cuales incluyen las industrias espacial, química (distinta a la del amoníaco), electrónica, metalúrgica (distinta a la del acero), de manufactura de fibras textiles, de producción de cemento y concreto, y de fabricación de vidrio. Aquí el principal reto es encontrar la manera óptima de llevar el hidrógeno a las refinerías, a las plantas de producción de amoníaco o metanol, o a las siderúrgicas-por mencionar algunas-de forma tal que estas industrias lo puedan aprovechar de la mejor forma. Deberá evaluarse qué resulta más conveniente: si producir el hidrógeno dentro de los terrenos de los complejos industriales o si se produce de manera centralizada para servir distinto tipo de demanda y se transporta luego hasta las industrias que lo requieran.
  • Menos del 1 % de la producción de hidrógeno hoy en día se usa en la industria de transporte (por mar, aire o tierra), en la generación de energía eléctrica o en la provisión de calor a edificaciones, todavía hay mucho por hacer en estos frentes. Dado que estos tres sectores de la economía son responsables de la emisión global del 45 % de los Gases de Efecto Invernadero (GEI), es urgente ampliar el uso del hidrógeno en ellos. Hay entonces un desafío importantísimo para el que se requieren soluciones: hacer realidad la disponibilidad de aplicaciones técnicamente viables y económicamente atractivas con el fin de masificar el uso del hidrógeno en estas tres áreas de la economía global.
  • Tanto la transmisión a larga distancia como la distribución local del hidrógeno es difícil dada su baja densidad energética volumétrica (megajulios por litro -MJ/L-). La compresión, la licuefacción o la incorporación del hidrógeno en moléculas más grandes son posibles opciones para direccionar este reto.
  • Por las mismas razones del punto anterior, la baja relación MJ/L del hidrógeno hace que una capacidad de almacenamiento adecuada y funcional para este producto se constituya en un reto que debe ser superado.
  • Respecto al consumo (demanda) del hidrógeno hay mucho trabajo por hacer, a pesar de los muy importantes progresos que se han llevado a cabo en el último lustro respecto al desarrollo de nuevas tecnologías. Este es el caso de las más recientes Celdas de Combustible, un reto permanente es mantener la inversión en proyectos de investigación y desarrollo en torno a nuevas tecnologías que hagan que para el consumidor final sea atractivo usar soluciones basadas en hidrógeno.
  • Quizás el desafío más importante, que toca cada fase de la cadena de valor de la economía del hidrógeno, es el poder contar con el respaldo decidido de los gobiernos y los organismos multilaterales para que exista en los primeros la determinación para sacar adelante leyes, decretos e iniciativas que permitan fomentar y consolidar una economía completamente descarbonizada, donde el hidrógeno juegue un papel preponderante, y donde los segundos consoliden mecanismos de cooperación en los que se faciliten las transferencias de tecnología y conocimientos.

En esta primera entrega del artículo hemos descrito la problemática que los combustibles fósiles han generado y cómo una economía basada en hidrógeno, como principal aportante de las energías renovables, trae una gran cantidad de oportunidades pero también una serie de desafíos que deben ser abordados y resueltos.

En la segunda parte de este artículo me enfocaré en todos los esfuerzos y medidas que se están llevando a cabo a nivel global y en Colombia, tanto en el sector público como en el privado, para facilitar la consolidación del hidrógeno como componente esencial de una transformación energética a todas luces necesaria y la cual se requiere para el cabal cumplimiento de lo pactado en el Acuerdo de París, que busca no sólo mejorar nuestra vida socioeconómica diaria sino también conseguir que la Tierra nos conceda una segunda oportunidad.

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