Comprendiendo el hidrógeno verde: definición y principales diferenciadores

¿Qué es el Hidrógeno Verde?

El hidrógeno verde se produce cuando dividimos moléculas de agua mediante un proceso llamado electrólisis, pero únicamente cuando fuentes de energía renovables como la luz solar o el viento suministran la electricidad necesaria. Básicamente, esto significa hacer pasar una corriente eléctrica a través del agua (H₂O) para descomponerla en gas hidrógeno y oxígeno, todo ello sin producir dióxido de carbono en el proceso. Los métodos tradicionales de obtención de hidrógeno no son tan limpios, ya que suelen depender de combustibles fósiles. Por eso, muchos expertos consideran que el hidrógeno verde es muy importante para reducir los gases de efecto invernadero a nivel mundial, según investigaciones recientes de HERO Future Energies del año pasado.

Cómo se diferencia el hidrógeno verde del hidrógeno gris y azul

• Hidrógeno gris : Derivado del gas natural mediante reformado de metano con vapor, emitiendo entre 10 y 12 kg de CO₂ por kg de hidrógeno.
• Hidrógeno azul : Utiliza la misma base de combustible fósil, pero incorpora captura y almacenamiento de carbono (CAC) para reducir las emisiones en aproximadamente un 50%.
• Hidrógeno verde : No produce emisiones directas, ya que la energía renovable alimenta todo el proceso de electrólisis.

Si bien el hidrógeno gris domina el 95 % de la producción actual, las emisiones del ciclo de vida del hidrógeno verde son un 75-90 % más bajas que incluso las del hidrógeno azul (Visualizing Energy, 2024).

El papel esencial de la energía renovable en la producción de hidrógeno verde

El hidrógeno verde simplemente no puede funcionar sin el respaldo de energías renovables. El proceso de electrólisis necesita aproximadamente cuatro veces más energía en comparación con los métodos convencionales, por lo que conectar directamente estos sistemas a paneles solares o parques eólicos marca toda la diferencia cuando se habla de escalar la producción de forma sostenible. Pongamos números: producir un kilogramo de hidrógeno verde requiere aproximadamente cincuenta kilovatios hora de electricidad limpia. Eso puede sonar mucho, pero aquí estamos viendo un progreso real, ya que los precios de los paneles solares han caído drásticamente en la última década, reduciéndose casi un noventa por ciento desde 2010 solamente. Al considerar las posibilidades futuras, los expertos creen que el hidrógeno verde podría eventualmente reemplazar entre el quince y el veinte por ciento de lo que actualmente proviene de los combustibles fósiles a nivel mundial para mediados de siglo.

Producción de Hidrógeno Verde: Electrólisis, Tecnologías y Capacidad Global

Proceso de Producción de Hidrógeno Verde mediante Electrólisis

La producción de hidrógeno verde ocurre mediante un proceso llamado electrólisis, básicamente la descomposición de moléculas de agua (H2O) en gases de hidrógeno y oxígeno cuando se aplica electricidad. Las tasas de eficiencia varían considerablemente, entre el 70 % y quizás incluso el 90 %, y dependen del tipo de sistema de electrólisis que se utilice. Para que este proceso funcione adecuadamente, necesitamos agua limpia y un suministro eléctrico constante. La mayoría de los sistemas actuales generan aproximadamente un kilogramo de hidrógeno por cada cincuenta kilovatios-hora de electricidad consumidos. Eso no está mal considerando la cantidad de energía que consumen otros procesos industriales.

Tipos de electrólisis: PEM, alcalina y de óxido sólido

Los electrolizadores alcalinos dominan los proyectos existentes debido a sus menores costos, mientras que los sistemas PEM están ganando terreno en aplicaciones con energías renovables variables.

Integración con energía solar y eólica para una producción sostenible

La integración de fuentes renovables aborda el factor de mayor costo del hidrógeno verde: la entrada de energía. La energía solar y eólica ahora reducen los costos de producción a $3-4/kg (estimaciones de 2024), frente a $6/kg en 2018. Las instalaciones en regiones de alta irradiación y con viento aprovechan sistemas Híbridos , combinando paneles solares con turbinas eólicas para garantizar operaciones las 24 horas del día.

Capacidad de producción global actual y países líderes

La producción mundial de hidrógeno verde superó los 1,2 millones de toneladas métricas en 2024, un aumento del 50 % desde 2022. Más del 80 % de esta capacidad proviene de proyectos emblemáticos en Oriente Medio, Australia y Europa septentrional, respaldados por inversiones globales de 500 mil millones de dólares.

Desafíos en la ampliación de la producción de hidrógeno verde

La ampliación enfrenta obstáculos como 9 litros de agua purificada por kilogramo de hidrógeno , lo que requiere una infraestructura avanzada de desalinización. Los cuellos de botella en la cadena de suministro de materiales raros como el iridio (utilizado en electrolizadores PEM) y los limitados oleoductos para hidrógeno retrasan aún más la adopción. A pesar de estas barreras, las proyecciones de costos para 2030 de $1.50/kg indican una viabilidad creciente para aplicaciones industriales.

Beneficios ambientales y económicos del hidrógeno verde

Cero emisiones de carbono durante la producción y el uso

La producción de hidrógeno verde emite dióxido de carbono cero al utilizar electrólisis alimentada con energías renovables, a diferencia del hidrógeno gris derivado del reformado de metano. Este vector energético limpio mantiene su condición de neutralidad de carbono al aplicarse en celdas de combustible o procesos industriales, eliminando emisiones en todas las etapas del ciclo de vida.

Reducción de la contaminación atmosférica y de emisiones de gases de efecto invernadero

Reemplazar los combustibles fósiles por hidrógeno verde en el transporte y la fabricación reduce los óxidos de nitrógeno (NOx) hasta en un 45 % y los óxidos de azufre (SOx) en un 92 %, mejorando significativamente la calidad del aire urbano.

Análisis del ciclo de vida: impacto ambiental del hidrógeno verde

Un estudio comparativo de 2023 encontró que las emisiones del ciclo de vida del hidrógeno verde son 96 % menos que los sistemas basados en gas natural al utilizar energía eólica marina. El consumo de agua sigue siendo un 30 % inferior a los métodos de carbón a hidrógeno.

Creación de Empleo en Sectores Renovables y de Hidrógeno

Se prevé que la cadena de valor del hidrógeno verde cree 2,3 millones de empleos a nivel mundial para 2035 , especialmente en la fabricación de electrolizadores y en granjas híbridas solar-eólicas. Países como Alemania y Australia ya registran un crecimiento anual de la fuerza laboral en puestos relacionados con el hidrógeno del 12-15 %.

Tendencias de Inversión y Curvas de Costos Decrecientes

Los costos de los electrolizadores han caído un 60 % desde 2015, con una producción de hidrógeno verde proyectada de 1,50 $/kg para 2030, una reducción del 75% desde los precios de 2022. Las inversiones globales superaron los 320 mil millones de dólares en 2023, impulsadas por asociaciones público-privadas en el marco de 48 estrategias nacionales de hidrógeno.

Independencia Energética y Ventajas Geopolíticas

Pasar a la producción nacional de hidrógeno verde podría reducir los costos de importación de energía de las naciones de la UE en 110 mil millones de dólares anuales, al mismo tiempo que mitiga las interrupciones en la cadena de suministro causadas por la volatilidad del mercado de combustibles fósiles.

Aplicaciones Industriales y Avances Tecnológicos

Posibilitar la descarbonización en industrias de difícil mitigación como la del acero y el amoníaco

El cambio hacia el hidrógeno verde está causando un impacto en industrias que durante mucho tiempo han dependido de los combustibles fósiles. Tomemos, por ejemplo, la fabricación de acero, que contribuye con aproximadamente el 7 % de todas las emisiones mundiales de CO₂ según el informe de IRENA de 2023. Cuando las empresas sustituyen los métodos tradicionales con carbón por técnicas de reducción directa basadas en hidrógeno, logran reducir las emisiones en aproximadamente un 95 % por cada tonelada de acero producida. Y no solo se trata del acero. Los productores de amoníaco que cambian del gas natural al hidrógeno verde terminan reduciendo alrededor de 1,8 toneladas de CO₂ por cada tonelada de amoníaco que fabrican. Estas cifras no son impresionantes solo sobre el papel, sino que representan cambios reales que están ocurriendo ahora mismo en fábricas y plantas de todo el mundo.

Hidrógeno verde en el transporte pesado y el sector marítimo

Las celdas de combustible de hidrógeno están superando las limitaciones de las baterías en camiones de larga distancia y buques de carga, ofreciendo autonomías de 600 a 800 km por recarga. Las pruebas marítimas muestran que los buques propulsados por hidrógeno reducen las emisiones de óxidos de nitrógeno en un 35 % en comparación con el diésel marino convencional.

Uso en generación de energía y calefacción residencial

Las empresas de servicios públicos están mezclando hasta un 20 % de hidrógeno con gas natural en tuberías existentes, con proyectos piloto en Europa que demuestran una reducción del 12 % en emisiones de carbono en sistemas de calor y potencia combinados. El proyecto ENE-FARM de Japón ha desplegado 460.000 celdas de combustible de hidrógeno para uso residencial desde 2020.

Innovación en almacenamiento, transporte y tecnologías de celdas de combustible

Avances recientes incluyen:

• Tanques criogénicos de hidrógeno líquido que alcanzan una eficiencia de almacenamiento del 97 %
• Portadores orgánicos líquidos de hidrógeno que permiten el transporte marítimo seguro
• Celdas de combustible de óxido sólido que alcanzan una eficiencia eléctrica del 65 % (DOE 2023)

Aplicaciones para equilibrio de red y almacenamiento de energía

Los parques eólicos alemanes ahora utilizan electrolizadores de 140 MW para convertir el exceso de energía en hidrógeno durante la generación máxima, estabilizando las redes eléctricas mientras producen 2.800 toneladas/año de hidrógeno para uso industrial.

Adopción global y perspectivas futuras para el hidrógeno verde

Mercados emergentes y proyectos piloto en todo el mundo

Los mercados de hidrógeno verde en todo el mundo están creciendo a un ritmo asombroso en este momento, con proyectos piloto surgiendo en más de treinta y cinco naciones diferentes. Tomemos Arabia Saudita, por ejemplo: su proyecto NEOM quiere producir unos seiscientos cincuenta toneladas de hidrógeno limpio cada día para el año 2026. Allá abajo en Australia, el Asian Renewable Energy Hub tiene ambiciones aún mayores, apuntando a tres millones quinientas mil toneladas por año hacia finales de la próxima década. Los países que no son tan desarrollados económicamente también están entrando en el juego. Lugares como Chile y Namibia tienen grandes cantidades de energía solar y eólica sin utilizar, por lo que se están posicionando como posibles exportadores. Solo la empresa chilena HIF Global planea construir catorce gigavatios de electrolizadores alrededor del año 2040. Mirando hacia el futuro, la mayoría de las proyecciones sugieren que podríamos alcanzar casi cincuenta millones de toneladas de producción anual de hidrógeno verde para 2030, lo que sería aproximadamente cinco veces lo observado en 2023.

Apoyo Político y Colaboraciones Internacionales Aceleran la Adopción

Los responsables de políticas en todo el mundo están intensificando sus esfuerzos para poner en marcha sus estrategias de hidrógeno. La Unión Europea ha establecido una meta ambiciosa en su Estrategia de Hidrógeno, con el objetivo de producir al menos 10 millones de toneladas de hidrógeno verde dentro de sus fronteras para 2030. Este objetivo va acompañado de incentivos bastante generosos, como la reducción fiscal de 3 dólares por kilogramo incluida en la Ley de Reducción de la Inflación de Estados Unidos. Mientras tanto, al otro lado del Pacífico, Japón está adoptando un enfoque completamente distinto. Su Estrategia Básica de Hidrógeno se centra en importar suministros de lugares como Australia y Brunei, en lugar de construir grandes instalaciones de producción doméstica. La cooperación internacional también está ganando impulso, con grupos como el Pacto de Acción del G7 sobre el Hidrógeno trabajando codo con codo con organizaciones como la Alianza Africana de Hidrógeno Verde. Estas colaboraciones tienen como objetivo desarrollar infraestructuras que trasciendan las fronteras nacionales, reduciendo finalmente los costes de fabricación para que los precios puedan caer por debajo de 1,50 dólares por kilogramo antes de que finalice esta década, gracias a operaciones a mayor escala.

Superando Brechas de Infraestructura y Desafíos del Sector

La Agencia Internacional de Energías Renovables (IRENA) está hablando aquí de un problema bastante grande. Estiman que faltará aproximadamente 1,5 billones de dólares en infraestructura necesaria para 2030 para todas esas instalaciones de producción, oleoductos y estaciones de reabastecimiento que necesitamos. Los electrolizadores aún cuestan demasiado dinero para que la mayoría de las empresas puedan asumirlo, pero las cosas están mejorando. Los precios en realidad han bajado bastante desde 2018, reduciéndose cerca de un tercio hasta alcanzar unos 800 dólares por kW para los sistemas alcalinos actualmente. Los principales actores del sector están trabajando en soluciones de almacenamiento utilizando tecnologías bastante innovadoras, como el hidrógeno líquido criogénico y el transporte mediante amoníaco. También es importante lograr que todos adopten normas comunes. La UE cuenta con un sistema de Garantía de Origen que necesita una adopción más amplia si queremos avanzar realmente hacia las metas de neutralidad climática para 2050 establecidas en la COP28 el año pasado. Y no olvidemos la necesidad de ampliar los puertos para que estos combustibles verdes puedan moverse eficientemente entre fronteras.

Preguntas frecuentes

¿Qué es el Hidrógeno Verde?

El hidrógeno verde se produce utilizando fuentes de energía renovable, como la eólica o la solar, mediante el proceso de electrólisis, que separa el agua en hidrógeno y oxígeno sin emitir dióxido de carbono.

¿Cómo se diferencia el hidrógeno verde de otros tipos de hidrógeno?

El hidrógeno verde es diferente del hidrógeno gris y azul porque no produce emisiones directas de carbono. El hidrógeno gris se produce a partir de gas natural y emite CO₂, mientras que el hidrógeno azul utiliza captura y almacenamiento de carbono (CAC) para minimizar estas emisiones.

¿Qué papel desempeñan las energías renovables en la producción de hidrógeno verde?

La energía renovable es esencial en la producción de hidrógeno verde porque proporciona la electricidad necesaria para la electrólisis sin producir gases de efecto invernadero.

¿Cuáles son los principales desafíos para aumentar la producción de hidrógeno verde?

Algunos de los principales desafíos incluyen los altos requisitos de energía para la producción, la necesidad de infraestructura a gran escala de energías renovables y problemas en la cadena de suministro de materiales raros utilizados en los electrolizadores.

¿Existen beneficios económicos al utilizar hidrógeno verde?

Sí, el hidrógeno verde puede crear empleos en los sectores de energías renovables e hidrógeno, reducir la contaminación del aire, disminuir las emisiones de gases de efecto invernadero y ofrecer independencia energética al reducir la dependencia de las importaciones de combustibles fósiles.