Ya has fabricado el hidrógeno y parece que lo difícil ha pasado. En realidad acaba de empezar. Es la molécula más pequeña del universo, y ese único hecho convierte guardarlo y moverlo en una de las pesadillas más bonitas de la ingeniería. Aquí está la parte que casi nadie te cuenta cuando te vende hidrógeno.
En la primera pieza de esta serie vimos que el hidrógeno no es una fuente de energía sino un almacén, y que fabricarlo cuesta caro por la ineficiencia de la electrólisis. En la historia de Vemork vimos que hace un siglo ya se producía con sentido, junto a una central hidroeléctrica, y se usaba en el sitio sin moverlo.
Ese detalle, «sin moverlo», no era casualidad. Era ingeniería. Porque en cuanto intentas coger el hidrógeno que has fabricado y llevarlo a otro lado, te topas con tres muros que la publicidad del hidrógeno prefiere no mencionar. Vamos con los tres.
Muro 1: pesa poco, pero ocupa muchísimo
El hidrógeno tiene una virtud famosa: por cada kilo, guarda mucha energía. Alrededor de 33 kWh por kilogramo, más que ningún otro combustible químico. Esa es la cifra que sale en los folletos.
La que no sale es la otra: por cada litro, el hidrógeno guarda poquísima energía. A presión y temperatura normales es un gas ligerísimo y disperso, así que para almacenar una cantidad útil en un volumen razonable no tienes más remedio que hacer una de dos cosas, y las dos cuestan caras.
Opción A: comprimirlo. Los coches de hidrógeno llevan el gas a 700 bar, una presión brutal (piensa en unas 350 veces la de la rueda de tu coche). A esa presión metes del orden de 40 gramos de hidrógeno por litro de tanque (MDPI). El problema es que comprimir hasta ahí no es gratis: se lleva en torno a un 10 a 15% de toda la energía que contiene el propio hidrógeno, según el Departamento de Energía de EE. UU. (DOE). Y aun así, el resultado sigue siendo pobre: incluso comprimido a 700 bar, un litro de hidrógeno guarda alrededor de una séptima parte de la energía que guarda un litro de gasolina (MDPI).
Opción B: licuarlo. Si lo enfrías hasta que se vuelve líquido, entra bastante más en el mismo volumen. El problema es a qué temperatura: menos 253 grados centígrados, a un suspiro del cero absoluto. Mantener esa temperatura es la logística más fría del planeta, y licuar cuesta una barbaridad: entre un 30 y un 40% de la energía del hidrógeno se va solo en enfriarlo (DOE / ScienceDirect). Por si fuera poco, un tanque de hidrógeno líquido nunca está del todo quieto: se evapora poco a poco (lo que se llama boil-off), perdiendo en torno a un 0,2 a 0,5% cada día (literatura del sector). Es un depósito que gotea energía por el simple hecho de existir.
Resume el muro 1 así: para guardar hidrógeno útil pagas un peaje energético extra (10-15% comprimiéndolo, 30-40% licuándolo) que se suma al 30-40% que ya perdiste fabricándolo en la pieza anterior. Las pérdidas se acumulan, y esto todavía no ha salido de la fábrica.
Muro 2: la molécula que ataca a su propia tubería
Este es el muro más fascinante desde el punto de vista de la ingeniería, y el que más se ignora.
El hidrógeno es tan pequeño que se cuela por sitios por los que ningún otro gas pasaría. Se escapa por juntas que serían estancas para el gas natural, y no solo eso: los átomos de hidrógeno son capaces de meterse dentro de la propia estructura cristalina del acero de las tuberías y los tanques (npj Materials Degradation).
Y ahí ocurre algo que suena a ciencia ficción pero es puro metal: cuando esos átomos se instalan dentro del acero, lo vuelven frágil. El material pierde tenacidad y ductilidad, y empieza a agrietarse bajo tensiones que aguantaría sin problema si transportara cualquier otra cosa. Tiene nombre propio en ingeniería: fragilización por hidrógeno (hydrogen embrittlement), y es el principal peligro de las tuberías de hidrógeno (ScienceDirect).
La consecuencia práctica es enorme y desmonta uno de los argumentos que más se repiten. Se dice a menudo: «no hace falta construir nada nuevo, aprovechamos la red de gas natural que ya existe». Pues no es tan sencillo. Meter hidrógeno en las tuberías de gas actuales exige aceros de composición y tratamiento mucho más exigentes que los que valen para el gas (ScienceDirect), y por eso las mezclas de hidrógeno en la red de gas tienen límites. No puedes llenar de hidrógeno una infraestructura pensada para otra molécula y esperar que aguante igual. El hidrógeno se come, literalmente, el acero que lo lleva.
Muro 3: entonces, ¿cómo se transporta de verdad?
Juntando los dos muros anteriores, mover hidrógeno como hidrógeno puro es caro (hay que comprimirlo o licuarlo) y delicado (fragiliza los metales). Así que la industria ha buscado una salida ingeniosa: no moverlo como hidrógeno.
La idea es convertirlo antes en otra sustancia más manejable, que haga de «envase» o portador, y recuperar el hidrógeno al llegar (o, mejor aún, usar directamente ese portador). Las dos vías principales:
Amoniaco (NH₃). Se coge el hidrógeno y, combinándolo con nitrógeno del aire, se fabrica amoniaco. La ventaja es enorme: el amoniaco es líquido a unos 8 bar, una presión suave y perfectamente conocida (es como se maneja hoy en la industria de fertilizantes), y su pérdida por evaporación es de solo un 0,025% al día, muchísimo menos que el hidrógeno líquido (literatura del sector). El inconveniente: fabricar el amoniaco cuesta energía, volver a separarlo en hidrógeno cuesta más, y además el amoniaco es tóxico.
Aquí conviene pararse, porque esto es exactamente lo que hacía Vemork. No transportaban hidrógeno: lo convertían en amoniaco y lo mandaban en tren. La idea del «portador de hidrógeno», que hoy se vende como novedad, tiene más de cien años.
Portadores orgánicos líquidos (LOHC). Son líquidos aceitosos que absorben hidrógeno y lo sueltan cuando se les calienta. Su gracia es que se comportan como un combustible líquido normal: se guardan meses sin evaporarse y se pueden mover con los camiones y barcos que ya existen (literatura del sector). El pero, otra vez el mismo: cada ciclo de cargar y descargar hidrógeno del líquido se lleva su parte de energía.
¿Ves el patrón? Da igual la vía que elijas. Comprimir, licuar, pasar a amoniaco, pasar a LOHC: todas resuelven el problema del transporte a cambio de gastar otro trozo de la energía que tanto te costó meter en el hidrógeno. No hay comida gratis. Solo hay elegir dónde pagas.
La conclusión que lo cambia todo
Voy a marcar esto como opinión, porque es mi lectura, aunque salga directa de los números de arriba.
Si sumas las pérdidas de toda la cadena (fabricarlo, comprimirlo o licuarlo, transportarlo, y al final volver a convertirlo en energía útil), el hidrógeno que sale por el otro extremo conserva una fracción incómodamente pequeña de la electricidad con la que empezaste. Y la mayor parte de esas pérdidas, más allá de la fabricación, están en guardarlo y moverlo.
De ahí sale, para mí, la regla de oro del hidrógeno con sentido:
El hidrógeno más barato y más seguro de transportar es el que no transportas.
Si produces el hidrógeno justo donde lo vas a consumir, te ahorras de golpe el muro 1 (no necesitas comprimir ni licuar para llevarlo lejos), el muro 2 (no fragilizas kilómetros de tubería) y buena parte del muro 3 (no necesitas convertirlo en otra cosa para moverlo). Todos los problemas de esta pieza se evaporan cuando la distancia entre la producción y el uso es cero.
Por eso la conclusión de Vemork y la de este artículo son la misma vista desde dos ángulos: el encaje coherente del hidrógeno no es una red gigante que lo lleve a todas partes, sino la industria que lo fabrica y lo consume en el mismo sitio, aprovechando electricidad renovable barata donde la haya. No es el hidrógeno «para todo». Es el hidrógeno en su sitio.
En la siguiente pieza de la serie entramos justo en eso: los usos. Dónde tiene sentido de verdad el hidrógeno y dónde es un espejismo caro, empezando por el que más titulares se lleva y peor sale en los números, el coche de hidrógeno.
Serie «Hidrógeno sin humo»: entender el hidrógeno con criterio de ingeniero, dato a dato y con las fuentes a la vista. Todas las cifras de este artículo están enlazadas a su fuente; las opiniones van marcadas como tales.
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1 comentario en «Guardar hidrógeno es la parte difícil»