Sobre el ´potencial de efecto invernadero` del hidrógeno

El hidrógeno (H2) es un nuevo vector energético facilitador de las energías renovables variables (ERV) de gran interés en la actualidad. Las ERV (solar y eólica principalmente) poseen indudables ventajas ambientales, económicas y de independencia de recursos, que deben compaginarse con sus inconvenientes (variabilidad, dispersión y costes de despacho) y hacen preciso introducir soluciones tanto en el lado de la gestión de la demanda (flexibilidad), como de las redes eléctricas (interconexiones) y del almacenamiento que es la opción más robusta desde un punto de vista operativo. Así, puede almacenarse la energía a corto plazo en baterías, también por bombeo hidráulico (que requiere de sitios geográficos adecuados) o en forma de H2 y derivados (a gran escala-largo plazo), como métodos principales; por su versatilidad de producción y usos, eficiencia energética en muchas aplicaciones y densidad como combustible, el H2 puede ser un medio muy eficaz para gestionar las ERV y descarbonizar sectores difíciles de electrificar como son las industrias y transportes pesados.

No obstante, estudios recientes ponen en cuestión las ventajas ambientales del H2 frente al cambio climático ya que, aunque como ‘gas diatómico’ no tiene rotaciones-vibraciones moleculares compatibles con las bandas de absorción en el IR que contribuyen al calentamiento global, sí puede causar un ‘efecto invernadero indirecto’ por su influjo fundamentalmente en el ciclo atmosférico del metano (CH4). Científicos del MIT acaban de publicar resultados -basados en un modelo riguroso de 66 reacciones fotoquímicas- demostrando que otros anteriores tendían a sobrestimar el impacto del H2 al no tener en cuenta un efecto crítico de los radicales OH, pero mostrando también que el potencial de calentamiento global (GWP) del H2 todavía sería de 0,35 respecto al CH4 (i.e. tendría un impacto climático del orden de un tercio en términos másicos relativos), lo que confirma su contribución a dicho efecto y la importancia de limitar las emisiones de H2 para lograr la neutralidad climática[i]

Sin embargo, conviene traducir los resultados de investigación en términos de GWP relativo H2/CH4 por unidad de energía, considerando la potencia calorífica y eficiencia de los combustibles, además de las emisiones de la combustión del CH4 (CO2) y los efectos sinérgicos favorables de sustitución de una alternativa energética por otra (en la medida que el efecto del H2 está fundamentalmente asociado al ciclo de eliminación del CH4 en la atmósfera). Así, la tabla siguiente resume los datos de GWP del H2 (tomando como referente el metano); su potencia calorífica (PCI), que es más del doble para el H2 (por unidad de masa) que para el CH4; los rendimientos energéticos, que pueden ser también mejores con H2 en la medida que pueda utilizarse en dispositivos más eficientes (e.g. pilas de combustible); los porcentajes de fugas, que se han supuesto comparables pues -aunque el H2 es más ligero- podrían más que compensarse con precauciones especiales relativas a manipulación y seguridad; las emisiones de combustión que son nulas para el H2 pero no con gas natural (calculadas con los pesos moleculares CO2/CH4 = 44/16 = 2,75); y, finalmente, el GWP del CH4 (CO2 eq). Con todo lo cual es fácil estimar el verdadero potencial de efecto invernadero (comparativo) del H2 frente al CH4 en términos de energía servida equivalente (gCO2/MJ), sin más que realizar los siguientes cálculos y cambios de unidades:

Los resultados de los cálculos son clarificadores: aunque el GWP relativo del hidrógeno vs. metano sea aprox. 1/3 en masa (i.e. 1 g de H2 emitido causaría un impacto de 0,35 geq CH4), el ‘GWP efectivo’ es aprox. 1/8 en términos de energía equivalentes (considerando PCI, rendimiento y fugas), y solo aprox. 1/100 en términos reales si se cuentan también las emisiones de CO2 no capturadas (que son consecuencia inevitable de la combustión del metano). Si pudiesen valorarse además las consecuencias positivas de la sustitución de los usos del CH4 por H2, la ventaja del hidrógeno como alternativa podría ser incluso mayor en la medida que su efecto indirecto se asocia sobre todo con una peor eliminación de metano en el aire.

Todos los planteamientos y cálculos muestran la relevancia de interpretar con rigor los resultados científicos, que evite llegar a conclusiones parciales inadecuadas o en algún caso también interesadas; en este caso, los resultados refuerzan la importancia del H2 para contribuir -por sus características materiales, ambientales y minimizando pérdidas- a una transición energética sostenible, tal como propugna el PNIEC y la hoja de ruta del H2 verde, de la mano de las energías renovables, la eficiencia energética y participación de la demanda[ii]

Fernando Gutiérrez Martín es profesor honorífico en la Comunidad del Hidrógeno y Pilas de Combustible de la UPM
Julio Amador Guerra es catedrático y director del Máster en Energías Renovables y Medio Ambiente (UPM)