¿Qué tan verde es el hidrógeno verde? 1/3 Entendiendo el hidrógeno como combustible
miércoles, 14 de junio de 2023
Al iniciar este viaje sobre el análisis del hidrógeno verde pensé que me tomaría solo una entrada abordarlo. No obstante, durante la investigación me dí cuenta que es necesario tener claros diferentes conceptos antes de asumir una "postura ambiental" respecto al hidrógreno (y más específicamente al hidrógreno verde) como combustible. Por esta razón dividí la entrada en tres (3) secciones a saber:
- Entendiento el hidrógeno como combustible (Entrada actual): esta entrada busca conocer las características del hidrógeno como combustible, sin importar su procedencia. Esto es, una vez se cuenta con él, veremos cómo se comporta frente a otros combustibles e iremos más allá de la simple comparación del poder calorífico, analizaremos otros conceptos poco conocidos.
- ¿Cómo se obtiene el H verde? (Puntos críticos): si bien existen diferentes tipos de hidrógeno de acuerdo con su extracción, nos enfocaremos en analizar ambientalmente el hidrógeno verde cuya extracción proviene del agua. Veremos cómo interactúa el proceso de obtención de este combustible con diferentes ciclos geoquímicos.
- Desafíos a los que se enfrentaría la legislación ambiental colombiana respecto del hidrógeno verde: en esta entrada veremos si este combustible trae consigo situaciones nuevas para el ambiente que no se han presentado antes y si implicarían un cambio en la forma en que se aborda, valora y protegen los recursos naturales
ENTENDIENDO EL HIDRÓGENO COMO COMBUSTIBLE
Como se mencionó en la introducción, esta entrada busca analizar el hidrógeno como combustible independientemente de su procedencia. Esto significa, una vez se obtiene este elemento ¿cómo se comporta respecto de otros combustibles utilizados hoy en día?. Para ello abordaremos sus principales características, qué significan y cómo interpretarlas.
Principales características del hidrógeno frente a otros combustibles
Cuando se busca esta información, encontramos que 1 kg de H produce 33,4 kw de energía. Los defensores de este comustible dicen que es el mejor, porque por ejemplo 1 kg de gasolina solo produce 11,9 kw. No obstante, la eficiencia energética de un combustibe no depende de una sola variable, como veremos a continuación.
El Laboratorio de Energía Renovable de Estados Unidos (NREL, por sus siglas en inglés) elaboró una tabla de factores de conversión de diferentes combustibles, entre los que se encuenta el Hidrógeno (analizado como combustible, independiente de su procedencia).
Traducida por Humanidad sostenible de
- Poder calorífico (PC):
Este es el parámetro que se menciona en la mayoría de las páginas que promueven las bondades del hidrogeno verde, como prueba definitiva de su superioridad sobre los combustibles fósiles. Significa la cantidad de energía que puede generar una determinada cantidad (masa: kg, lb) de combustible durante su combustión. En la tabla vemos que el hidrógeno tiene un PC un poco más dos veces más alto que los combustibles analizados. Los valores que se muestran en la tabla son teóricos y basados en tecnologías eficientes.
A pesar de que este valor pudiera inducir a que el hidrógeno es más eficiente que los combustible fósiles, es una conclusión muy apresurada, ya que la eficiencia energética depende de otros factores que analizaremos a continuación.
- Gravedad espécífica G.E. (también denominada densidad relativa o gravedad API)
Esta es una medida de que tan pesado es un combustible y por ende también mide su eficienccia energética. Entre más pesado es un combustible es más eficiente, porque significa que puede producir más energía por unidad de combustible consumida y entre más liviano sea un combustible significa que es más volátil y más fácil de generar pérdidas por lo que su almacenamiento debe ser más estricto y controlado, y por ende más costoso.
Ahora bien, podemos observar que la G.E. del hidrógeno es la más baja de todos ( es más de 60 veces menor que la del gas natural y 120 menor que la del diesel.). Esto significa que si bien el hidrógeno tiene un mayor poder calorífico, su densidad es muy baja, lo que implica que para almacenar la misma cantidad de energía que un galón de otro combustible se necesita un volúmen mayor de hidrógeno. Y dado que la baja densidad también implica mayor volatilidad, podría tener implicaciones en cuanto a la viabilidad y eficiencia del uso del hidrógeno, ya que esta característica conllevaría a grandes pérdidas (lo que disminuiría la cantidad de combustible disponible) y podría requerir sistemas de almacenamiento y transporte más grandes y complejos, lo que significaría un alto costo en cuanto a la compatibilidad tecnológica con otros tipos de combustible.
Esto nos lleva al siguiente parámetro.
- Energía contenida
Este parámetro indica la energía contenida en un galón de combustible y tiene en cuenta tanto el poder calorífico como la densidad del mismo. Algunas veces se confunde con el poder calorífico que corresponde a la candidad de energía por unidad de masa. La energía contenida corresponde a la energía por unidad de volumen (espacio ocupado).¿Por qué es importante este parámetro? porque nos permite establecer el método de transporte y almacenamiento del mismo. Un combustible con una muy baja densidad como el Hidrógeno es difícil de almacenar, requiere grandes estructuras, herméticas y presurisadas para su transporte y uso, dado que el hidrógeno no puede transportarse de manera líquida ya que requiere mantenerse en estados criogénicos con temperaturas de -235 °C en comparación de los -160 °C que requiere el Gas Natural para entrar a su fase líquida (Gas Natural Licuado - GNL). Esos -75 °C de diferencia, demandan una cantidad de energía tal que sobrepasan el potencial energético que el hidrógeno puede generar y lo haría inviable como fuente de energía.
- Rango de inflamabilidad en el aire
Este parámetro es importante para establecer mecanismos de trasnporte, distribución y uso. En palabras sencillas, el rango de inflamabilidad corresponde a las concentraciones mínimas y máximas de un combustible en el aire en el que es inflamable. En este sentido la prevención de explosiones se consigue operando fuera de este rango. Como se puede observar, el hidrógreno tiene un rango muy amplio en el que puede ser inflamable, por lo tanto es más compleja su operabilidad y la tecnología para su almacenamiento y transporte es más compleja y restrictiva.
Acabamos de definir las principales características del hidrógeno junto con la de otros combustibles, pero aún no sabemos nada de su eficiencia. En la siguiente sección verémos como podemos artícular los parámetros analizados para determinar cuál es más eficiente
De esta pregunta se deriva otra pregunta que da contexto a la anterior
Eficiente ¿Para qué?
La eficiencia de un combustible no solo se mide por la cantidad de calor que desprende cuando es quemada una unidad de masa del mismo. Recordemos que para determinar la eficiencia de un combustible es necesario tener en cuenta los costos (monetarios y ambientales) de su extracción, transporte, almacenamiento, distribución y uso, así como las pérdidas que se pueden generar en esta cadena de valor.
Así que la eficiencia de un combustible tiene encuenta:
- Eficiencia de obtención
- Eficiencia de almacenamiento y transporte
- Eficiencia de distribución
- Eficiencia en su uso
- Eficiencia tecnológica
Esto representa el valor monetario de una determinada cantidad de combustible a la cual debe restarse el valor monetario de la energía que pueda suministrar dicha unidad. De esta manera, se puede determinar si realmente es eficiente dicho combustible o genera pérdidas.
Lamentablemente, llegados a este punto, la información disponible sobre eficiencia de obtención, almacenamiento, transporte, distribución, uso y tecnología de combustibles es escasa y difusa, y no fue posible conseguir datos confiables y oficiales al respecto. En este sentido, recopilar y analizar este tipo de información requiere tiempo e investigación más profunda que la requerida para realizar divulgación del tema.
Pero creo que con esta información el lector puede tener una nueva noción de cómo abordar el tema y comenzar a generar una opinión informada al respecto. Así que espero que esta entrada le haya dado un poco de perspectiva y nuevos conceptos para entender los parámetros que permiten determinar si un combustible es energéticamente eficiente y que posiblemente el dato que le muestran los medios no sea el más adecuado para su determinación.
Finalmente, mi objetivo no es inducirlo a que usted se convierta en un experto en eficiencia energética, pero sí tener los conocimientos mínimos para solicitar a los que si lo son a entregar información completa y contextualizada sobre el tema. Entre más información de calidad tengamos, mejores serán las respuestas que nos pueden entregar y más fácil la disertación de calidad sobre el tema. Así que espero que este artículo haya picado su curiosidad para buscar nueva información y nuevas formas de abordar este tema.
Este fue un abrebocas para entender al hidrógeno como combustible, en la próxima entrada veremos cómo se obtiene el hidrógeno verde y su interacción con diferentes ciclos geoquímios del planeta y si hay alguna alerta ambiental que valga la pena ser mencionada. Esta entrada nos ayudará a ampliar nuestra visión sobre la eficiencia de obtención del hidrógeno en términos ambientales.
NOTA ACLARATORIA: es posible que los argumentos y conclusiones de esta entrada sean rebatibles, así que por favor sientase libre de dejar en los comentarios sus apreciaciones a favor o en contra (siempre en aras del respecto) para enriquecer la interpretación de los datos al respecto y si conoce información que nos pueda ayudar a todos a entender mejor este tema, por favor comparta. Finalmente agradezco a quienes lean y crean que esta información es importante y digna de transmitir, lo hagan citando la fuente.
