Descubre cuáles son los distintos colores del hidrógeno

Al principio todo era caos. Una sopa de energía densa y caliente en la que solo algunas partículas podían sobrevivir. El universo que conocemos hoy acababa de nacer. Solo hicieron falta unos pocos segundos para que se formasen los primeros neutrones y protones, y escasos minutos para que estos chocasen y se combinasen en núcleos de átomos. Pero tuvieron que pasar más de 300.000 años hasta que las condiciones fueron idóneas para que aquellos primeros núcleos atrapasen a los primeros electrones y se formasen los primeros elementos: el helio y el hidrógeno.

Hoy, el hidrógeno lo es casi todo: se estima que forma el 90 % de la materia del universo visible. Es el combustible que arde en las estrellas y está presente en muchas otras moléculas, como el agua (combinado con oxígeno), el gas metano (con carbono) o el amoniaco (con nitrógeno). En la Tierra, el hidrógeno es el decimoquinto elemento más abundante y suele estar combinado con otros elementos. Pero siempre puede separarse.

El hidrógeno producido de forma artificial se ha convertido en un recurso clave para la industria química y las refinerías, así como para la producción de acero. De acuerdo con los datos de la Agencia Internacional de Energías Renovables (IRENA), la producción mundial de hidrógeno es de unos 75 millones de toneladas al año en su forma pura y 45 millones adicionales como mezcla con otros gases. Equivale al 3 % de la demanda mundial de energía final. De cara al futuro, además, el hidrógeno puede convertirse en un importante vector energético –un elemento a través del cual transportar la energía generada de otra forma– que reemplace algunos de los usos actuales del gas fósil que se usa en la actualidad.

La paleta del hidrógeno: del negro al verde

Hoy, aunque conocemos las tecnologías para producir hidrógeno a partir de energías renovables, la inmensa mayoría sigue generándose a partir de combustibles fósiles. Para diferenciar cada tipo de hidrógeno en función de su origen, la industria maneja un código de colores.

• Hidrógeno dorado. Este tipo es aquel que está presente de forma natural en la corteza terrestre en forma de yacimientos.  La extracción y el uso del hidrógeno dorado aún plantea desafíos técnicos, pero se espera que llegue a desempeñar un papel significativo en la transición verde.
• Hidrógeno marrón o negro. Este tipo de hidrógeno se produce a través de la gasificación del carbón, un método que genera gran cantidad de emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) y que es dependiente de un recurso fósil y finito. Según datos de la Fundación Renovables, la gasificación del carbón es un proceso ineficiente (más del 60 % de la energía del combustible se pierde por el camino) que sigue siendo utilizado por su coste relativamente bajo. A finales de 2021, el hidrógeno marrón o negro suponía el 27 % de la producción global de hidrógeno, de acuerdo con IRENA
• Hidrógeno gris. El hidrógeno gris se produce a partir de gas natural (formado casi por completo por metano) o petróleo. Se hace mediante procesos bastante perfeccionados y eficientes, y también baratos, por lo que es el más utilizado a nivel industrial en la actualidad. Según datos de IRENA, el 47 % del hidrógeno fabricado en 2021 procedía del gas natural y el 22 %, del petróleo. Su gran inconveniente es que depende de recursos fósiles y, como tal, genera emisiones de gases de efecto invernadero que alteran el clima del planeta.
• Hidrógeno azul. El proceso de producción del hidrógeno azul es similar al del gris, pero con un añadido: las emisiones contaminantes se minimizan a través de sistemas de captura y almacenamiento de carbono. Solo algunas empresas tienen capacidad tecnológica para producir hidrógeno azul en la actualidad. Además, un estudio reciente de las universidades de Stanford y Cornell, señala que el hidrógeno azul no está completamente libre de emisiones, ya que durante su proceso se producen fugas de metano, un potente gas de efecto invernadero.

• Hidrógeno turquesa. Este tipo de hidrógeno también parte de hidrocarburos y se genera a través de una reacción de pirólisis (una degradación térmica a temperaturas altísimas en ausencia de oxígeno). Su gran ventaja es que el proceso no genera dióxido de carbono (CO2) ni monóxido de carbono, pero es altamente ineficiente, por lo que no es muy utilizado en la actualidad.
• Hidrógeno rosa y violeta. Ambos tipos de hidrógenos parten de un enfoque diferente a todos los anteriores, ya que se generan a partir de la electrólisis del agua. Es decir, la descomposición de la molécula de agua en oxígeno e hidrógeno separados. Si la electrólisis se lleva a cabo con electricidad de origen nuclear, hablamos de hidrógeno rosa. Si la energía nuclear se combina también con calor y reacciones termoquímicas, hablamos de hidrógeno violeta.
• Hidrógeno verde. Como el rosa y el violeta, el hidrógeno verde procede de la electrólisis del agua. La gran diferencia es que utiliza solo electricidad procedente de fuentes de energía renovables (como la eólica o la fotovoltaica). De todos los procesos, es el que menos emisiones genera, pero su gran problema en la actualidad son sus costes (el precio por kilogramo producido llega a triplicar el del hidrógeno gris, según los datos de la Fundación Renovables).

“El hidrógeno producido con electricidad de fuentes renovables es el único que no tiene emisiones y que utiliza recursos de los que disponemos en España, como el sol y el viento”, señala  Juan Fernando Martín, responsable de Cambio Climático de Fundación Renovables.

“Este tipo de hidrógeno no tiene un impacto ambiental ya que solo se electroliza una molécula de agua y el residuo que se emite es oxígeno”.

La viabilidad del hidrógeno verde

El hidrógeno no es un combustible, sino un vector energético a través del cual transportar la energía generada de otra forma. En el caso del hidrógeno verde, la energía producida de forma renovable se utiliza para fabricar hidrógeno que, a su vez, se transporta hasta otro lugar en el que es consumido (por ejemplo, en una caldera) para liberar de nuevo la energía. El problema es que, en todo proceso, hay ineficiencias y, a cada paso que se da, se pierde energía. Solo en la electrólisis del agua mediante renovables se calcula que se pierde entre un 30 y un 50 % de energía. Las pérdidas finales rondan el 70 %.

“Si convertimos toda la demanda de gas natural actual en hidrógeno, tendríamos que construir mucha más potencia de electrolización. Y para cubrir la demanda eléctrica que requerirían esos electrolizadores habría que construir mucha más potencia renovable. En España, supondría unos 15 GW adicionales a los objetivos ya ambiciosos marcados en el Plan Nacional Integrado de Energía y Clima para 2030”, puntualiza Juan Fernando Martín. “Aquí es donde también interviene el problema de la viabilidad”.

Para el experto, el uso directo de la electricidad va a ser siempre mucho más eficiente que fabricar y usar hidrógeno verde. Por ello, a medida que se desarrolle la producción de hidrógeno verde (que hoy en día sigue siendo muy baja), este deberá usarse para sustituir el gas natural en aquellos sectores que no se puedan electrificar, como las industrias siderúrgicas, las cementeras o las fábricas de textiles y fertilizantes.

“El hidrógeno verde es una parte de la solución para la descarbonización del sistema energético. Es importante que se produzca y que se analice cuál será su demanda real en el futuro. Sin embargo, actualmente, estamos viendo previsiones de demandas futuras de hidrógeno muy alejadas de la realidad”, concluye Martín.