Hacia una energía verde y abundante.. con Hidrógeno

Los dos problemas mayores del mundo son, actualmente, el alto costo de la energía y el cambio climático. Los dos problemas están íntimamente relacionados, por cuanto para producir energía se usan mayormente los combustibles fósiles como carbón, petróleo y gas, que a su vez producen uno de las emisiones responsables del cambio climático, el CO2.

Para los tecnólogos y ambientalistas, lo ideal sería solucionar ambos problemas al mismo tiempo, y de ahí que entra en el escenario el hidrógeno, un elemento presente en el agua y los combustibles fósiles, y que puede generar electricidad en una batería relativamente novedosa llamada celda o pila de combustible, la cual se puede instalar en los vehículos y sustituir sus motores de combustión interna –sea a gasolina, gas o diesel– responsables de la mitad de la contaminación ambiental en el planeta. La gran ventaja de estas pilas es que producen electricidad limpiamente, moviendo un motor eléctrico y generando como subproducto una inofensiva molécula de agua en lugar del contaminante CO2.

Un combustible con gran potencial

Conscientes del potencial de las pilas de hidrógeno para reemplazar los motores convencionales, en varios países se están realizando pruebas con vehículos movidos con ese novedoso sistema, e incluso hay contadas estaciones de servicio en –EEUU, Canadá, Inglaterra, Australia, Japón, Alemania, España, Francia, Suecia e Islandia– que suplen un hidrógeno muy comprimido a los tanques de vehículos experimentales.

El caso más exitoso es el de Islandia, una pequeña isla-nación en el Atlántico norte cuyo gobierno que se ha propuesto independizarse del petróleo en un par de décadas, sustituyendo todos sus motores con los movidos con pilas de combustible, e incluso exportar hidrógeno a otros países. Su secreto es simple: Islandia tiene un gran potencial energético gracias a sus volcanes y sus glaciares, que pueden proveer enormes cantidades de energía geotérmica e hidroeléctrica a bajo costo, con la cual pueden producir hidrógeno a precios competitivos. Sin fuentes locales de petróleo, actualmente Islandia importa gasolina y diesel para su parque automotriz y su gran flota pesquera, pero estima que para 2030 no importará ni una gota de estos combustibles.

Islandia y su Dr. Hidrógeno

Con ese objetivo en mente, el gobierno instaló en 2003 una planta de hidrógeno, extraído por electrólisis de la abundante agua dulce de sus ríos. Ya media docena de autobuses han sido provistos de motores de hidrogeno y varias compañías –como GM, BMW, Mercedes, Toyota y Honda– prueban en la isla sus autos experimentales con estos motores. La población local está entusiasmada por la perspectiva de ser el primer país del mundo en independizarse los costosos y contaminantes combustibles fósiles. Un profesor universitario, el Dr. Armason –conocido allá como el “Dr. Hidrógeno”— convenció al gobierno a tomar esa iniciativa y supervisa técnicamente el vistoso programa, que ha llamado la atención del mundo. En California, gracias a la actitud “verde” del gobernador Schwarzenegger, hay un programa similar, mientras en la vecina Canadá ya funciona una planta para fabricar pilas de combustible para autos, lo mismo que en Europa y Japón. Varios fabricantes automotrices –con GM a la cabeza— tienen planes para producir autos con pilas de hidrógeno a un precio competitivo para fines de esta década. Serían autos de alta potencia, capaces de llegar a 200 KPH en 15 segundos, y con una autonomía de 500 Km. antes de reabastecerse. Algunos especialistas estiman que para el 2030 casi la tercera parte de los autos tendrán estos motores a hidrógeno, suplidos con el gas comprimido en estaciones de servicio por doquier. Al paso que va el derroche de gasolina y los precios del petróleo –que se espera llegue a $ 150 el barril para fines de año y a unos $ 200 para fines de la década— ese vaticinio no luce tan descabellado.

Problemas a la vista

Pero todavía quedan varios problemas por resolver. Para empezar, el tanque de hidrógeno del vehículo, que estará a altas presiones (unas 10.000 psi), todavía no se considera suficientemente seguro para un uso masivo y no controlado. Almacenarlo en forma líquida es muy problemático, ya que implica temperaturas demasiado bajas ( 253º C bajo cero). Por otra parte, el costo del hidrógeno es actualmente más alto que la misma gasolina, aún si la mayor eficiencia energética de los motores compensa en parte esa desventaja.

El mayor problema consiste en que actualmente la fuente principal del hidrógeno es el gas natural –un recurso no renovable– por lo que se trata de diseñar plantas que lo produzcan económicamente a partir del agua, una sustancia más abundante. De hecho se piensa que –a mediados de este siglo— cada quien produciría su propio hidrógeno en una mini-planta casera (a partir de agua destilada o metanol) sin tener que ir a la estación de servicio. Otro plan más práctico es que el hidrógeno se produzca en el mismo auto mediante la electrólisis, con lo cual se llenaría el tanque con agua en lugar de gasolina, un viejo sueño de los tecnólogos pero siempre muy adversado por las empresas petroleras.

La era del hidrógeno

También se piensa utilizar el hidrógeno para producir electricidad en gran escala para viviendas, oficinas y fábricas, con lo cual se reduciría drásticamente la contaminación ambiental a escala planetaria. En fin, el hidrógeno –hasta ahora usado mayormente para impulsar cohetes espaciales— apunta a ser un combustible altamente valioso para cuando termine la era del petróleo, materia prima que empezará a escasear hacia mediados de siglo y posiblemente se acabe antes del final del mismo.

En fin, hay mucho que hacer, pero no hay duda que el hidrógeno luce como un posible sustituto de los combustibles líquidos, y muchos lo ven más conveniente y económico que los biocombustibles, últimamente no tan “verdes” como se pensó inicialmente, además de ser responsables en parte de la carestía de alimentos agrícolas por la inevitable competencia con los cultivos alimentarios.

Una prueba de interés que hay en esta tecnología, es que tanto en EEUU como en la UE, los gobiernos han aprobado grandes sumas, superiores al millardo de dólares en cada caso, para financiar la investigación y desarrollo en esta prometedora tecnología. Y el negocio de las pilas de hidrógeno se estima en unos $ 8 millardos anuales para el 2030. Mientras tanto, las principales multinacionales petroleras –especialmente Shell, BP y Chevron- , también financian proyectos para desarrollar los motores con pilas de combustible, anticipándose al fin de la era del petróleo, que ocurrirá inevitablemente antes de los fines de siglo. Julio Verne, el profeta de la energía
En 1874, Julio Verne escribió en un ensayo: «Creo que el agua algún día será empleada como combustible, que el hidrógeno y el oxígeno, los cuales la constituyen, usados en forma individual o conjunta, originarán una fuente inagotable de calor y luz». Verne anticipó la energía nuclear en “20.000 leguas de viaje submarino” y conocía el potencial de energía geotérmica de Islandia, donde ambientó su novela “Viaje al centro de la Tierra”. Y en “De la Tierra a la Luna”, la cápsula espacial fue lanzada por un enorme cañón de pólvora, pero ahora los cohetes espaciales utilizan el versátil hidrógeno por su bajo peso y su alto valor energético. Estas observaciones del padre de la ciencia-ficción son muy interesantes ahora, en medio de la controversia de las alternativas energéticas.

Apéndice
Cómo se produce la electricidad con hidrógeno

Una celda o pila de combustible funciona como una batería y genera electricidad mientras reciba un suministro constante de hidrógeno, proveniente sea de una bombona, sea de un equipo de electrólisis del agua o reformación de gas o gasolina. El conjunto consiste de dos electrodos colocados alrededor de una membrana polimérica (el electrolito) que facilita el tránsito de protones y electrones, generados en el ánodo por la descomposición del hidrógeno. Después de generarse el flujo de electrones, los protones (o iones H+) pasan a través de la membrana para combinarse en el cátodo con el oxígeno del aire, para producir agua como desecho.

Mientras tanto, la corriente de electrones –ó electricidad– se aprovecha para mover un motor eléctrico, que a su vez mueve las ruedas del vehículo, como lo hace actualmente –en autos a gasolina– el motor de arranque alimentado por la batería convencional de plomo-ácido. Ya que la energía se produce por la química del sistema y no por la combustión, no se generan gases contaminantes, excepto moléculas de vapor de agua que salen del tubo de escape y que, eventualmente podría ser reciclado para volver a generar hidrógeno con un sistema de electrólisis en el mismo vehículo.