- Durante décadas, el hidrógeno fue catalogado como un combustible casi milagroso que solo emite agua. Gracias al cambio climático y la inestabilidad geopolítica, su momento en el centro de atención puede haber llegado.
Casi 150 años después, las aplicaciones del hidrógeno ya no se limitan a la ciencia ficción. Pero a pesar de la química directa involucrada en su producción, el ascenso del hidrógeno al reino de una fuente de energía que altera la sociedad sigue siendo difícil de alcanzar.
Ahora, después de décadas de proyectos piloto y despliegues esporádicos, el hidrógeno aparece en la cúspide de la viabilidad económica y el uso generalizado. Estimulados por los desafíos globales simultáneos del cambio climático y el aumento de los deseos de independencia energética, los gobiernos y las empresas multinacionales están gastando miles de millones para marcar el comienzo de una era del hidrógeno.
Aunque no hay consenso, hay un número cada vez mayor de analistas y científicos de la industria que creen que el transporte requerirá tanto vehículos eléctricos de batería como de hidrógeno para alcanzar los objetivos de emisiones netas de carbono cero para 2050.
“No vemos esto como ‘o esto o lo otro'”, dijo Rod Borup, gerente de programa del Laboratorio de Tecnologías de Pilas de Combustible e Hidrógeno dentro del Laboratorio Nacional de Los Álamos. “Lo vemos como ‘y’. “
Muchos de los esfuerzos modernos para desarrollar y desplegar hidrógeno y celdas de combustible para automóviles y camiones comenzaron en Los Álamos, que ganó prominencia por el desarrollo de la bomba de hidrógeno y donde Borup ahora supervisa el programa no relacionado con armas de más larga duración del laboratorio.
Esos esfuerzos comenzaron después del impacto económico y las largas filas de gasolina que acosaron a Estados Unidos en 1973 y 1974 cuando la Organización de Países Exportadores de Petróleo prohibió las exportaciones de petróleo a naciones seleccionadas y redujo la producción de petróleo.
La ley federal creó el Departamento de Energía de EE. UU. en 1977, en parte como respuesta a esa crisis energética. Eso trajo proyectos de investigación dispares al ámbito de los laboratorios nacionales, incluido Los Álamos, donde Byron McCormick, un joven científico que se retiró hace tres años de la Universidad de Arizona, estableció el Laboratorio de Tecnologías de Pilas de Combustible e Hidrógeno.
Fue un momento fortuito. El Departamento de Energía sembró investigaciones sobre energía solar, eólica, baterías avanzadas y celdas de combustible. Aunque tomó décadas, esas tecnologías maduraron.
“Todo eso se ha estado construyendo desde los años 70”, dijo McCormick, ahora de 76 años. “Podría no haber comenzado si no fuera por el embargo petrolero”.
McCormick se convertiría más tarde en un ejecutivo de General Motors, donde construyó el Centro de Propulsión Alternativa Global del fabricante de automóviles, que se centró en la tecnología de celdas de combustible e hidrógeno, antes de jubilarse en 2009. Su trabajo echó raíces.
En junio de 2021, GM lanzó una inversión de $ 35 mil millones que refleja una estrategia dual de reducción de emisiones de carbono. Está lanzando una línea completa de vehículos comerciales y de pasajeros eléctricos a batería. Los fondos también respaldan el desarrollo de celdas de combustible GM Hydrotec para camiones, trenes y aeronaves.
El ferrocarril y el transporte marítimo encajan perfectamente con las pilas de combustible de hidrógeno, dicen los expertos. Es menos seguro dónde encaja el hidrógeno en el transporte terrestre.
Los camiones de larga distancia tienen potencial. Los camiones medianos y pesados consumen el 26 por ciento del combustible de transporte de EE. UU., según la EPA . Las celdas de combustible resultan ventajosas en la densidad de energía que proporciona el hidrógeno. Tienen tiempos de reabastecimiento de combustible rápidos y una penalización de peso menor que los vehículos eléctricos de batería.
Absorber la capacidad de carga útil con baterías pesadas presenta un problema para los camiones de larga distancia porque reduce las ganancias. Debido a las diferencias de peso, un camión de pila de combustible en un recorrido de 350 millas puede transportar alrededor de 38 000 libras de carga en comparación con las 33 000 libras de un camión eléctrico de batería, según Michael Roeth, director ejecutivo del Consejo Norteamericano para la Eficiencia de Carga. Aunque es más pesado que un tractor de combustión interna convencional, una asignación de carga útil federal de 2,000 libras para camiones de cero emisiones pone la capacidad de carga de un camión de celda de combustible a la par con su contraparte diesel, dijo.
En términos del costo total de propiedad, el proveedor de celdas de combustible Ballard estima que los camiones eléctricos con batería costarían $434,381 en escenarios de transporte regional; un camión de celda de combustible comparable costaría $ 414,367, un precio que está a la par con el diesel, dijo la compañía.
Un análisis de septiembre de 2021 del Laboratorio Nacional de Energía Renovable presenta resultados más mixtos , que apoyar la idea de que hay espacio para ambas tecnologías. Sugiere que cada tren motriz puede tener ventajas en el costo de propiedad en escenarios comerciales específicos y distancias de ruta. Los precios de los combustibles son una variable sustancial. En general, los investigadores del laboratorio dicen que los trenes de potencia eléctricos pueden ser mejores en aplicaciones de corto alcance o cuando el tiempo de permanencia no es una preocupación. El informe dice que ambas tecnologías podrían ser competitivas en costos con los camiones diésel a partir de 2025.
“Una buena regla general es que verá celdas de combustible de hidrógeno donde ve diésel hoy y batería eléctrica donde ve gasolina”, dijo Tom Stephenson, cofundador de Pajarito Powder, una startup de componentes de hidrógeno de Nuevo México respaldada por Hyundai Motor Group.
No todo el mundo está convencido. Cuando John Henry Harris cofundó la empresa emergente de camiones de servicio mediano Harbinger en julio de 2021, optó por comenzar desde cero con un vehículo especialmente diseñado. Rápidamente se agrió con el hidrógeno como una opción potencial.
“Cuando realmente observamos la madurez de las dos soluciones, vemos una separación de orden de magnitud”, dijo. “Llegamos al punto en los últimos dos años en que podemos construir una plataforma eléctrica sin compromiso. Si queremos hacer eso con un vehículo de hidrógeno, ni siquiera estamos cerca”.
En el mercado de automóviles de pasajeros, solo hay dos modelos de celdas de combustible, y ambos han sufrido ventas mínimas.
En Japón, donde Toyota lanzó el Mirai en 2014, el volumen acumulado de turismos de pila de combustible vendidos fue de aproximadamente 4200, según un informe de octubre de 2022 de la consultora Interact Analysis. En Corea del Sur, a pesar de una estrategia nacional que otorga al hidrógeno un papel central en los esfuerzos de descarbonización, el informe dice que las ventas de automóviles de pasajeros con celdas de combustible como el Hyundai Nexo sumaron solo 8.500 en 2020 y 2021.
Ninguno de los fabricantes de automóviles ha perdido su apetito por el hidrógeno.
Hyundai tiene la intención de desarrollar versiones de celdas de combustible de hidrógeno de toda su línea comercial para 2028, con un sistema de próxima generación previsto para el próximo año. Prevé usos de celdas de combustible en camiones, trenes y embarcaciones marítimas.
Más allá del Mirai, Toyota se asoció con BMW en agosto para diseñar y producir un vehículo de celda de combustible de hidrógeno que prevé vender a partir de 2025. Toyota también está trabajando en autobuses de hidrógeno, probando camiones de celda de combustible Clase 8 desarrollados con Kenworth en Los Ángeles y planea camiones de celda de combustible de servicio mediano con Isuzu e Hino Motors.
El fabricante de automóviles dijo en diciembre de 2021 que invertiría 70.000 millones de dólares tanto en electricidad de baterías como en tecnología de celdas de combustible de hidrógeno.
El enfoque en múltiples opciones sorprendió a algunos como una decisión curiosa cuando la mayoría de los competidores se enfocan más directamente en los vehículos eléctricos de batería. Pero Toyota favorece un enfoque matizado para una transición energética. Cree que las diferentes tecnologías podrían servir mejor a distintos segmentos de vehículos y geografías, y dice que es demasiado pronto para saber dónde se encuentran las coincidencias. También está explorando motores de combustión interna de hidrógeno.
“Somos muy humildes acerca de todo esto: no sabemos”, dijo Gill Pratt, científico jefe de Toyota Motor Corp. y director ejecutivo del Instituto de Investigación de Toyota. “Y la pura verdad es que no creemos que nadie más lo sepa”.
La discusión sobre qué tecnología es mejor para reducir las emisiones de carbono recuerda a disputas similares entre las industrias eólica y solar hace una generación, dijo Stephenson de Pajarito Power.
Él espera que los vehículos eléctricos de batería y de celda de combustible de hidrógeno sean más complementarios que competitivos a largo plazo.
“Cuando lleguemos al punto en que las fuerzas del mercado puedan realmente dictar las decisiones de las personas en este sentido, podremos ir más allá de la competencia y ver las mayores oportunidades que surgen en el uso de ambos”, dijo Stephenson.
Deloitte ve una trayectoria similar. Así como la energía solar y eólica fueron “la sorpresa de la última década”, un nuevo informe de la consultora dice que “ahora parece probable” que el hidrógeno sea la próxima energía a escala. La actividad de capital de riesgo relacionada con el hidrógeno alcanzó un récord de casi $ 2 mil millones el año pasado. Los proyectos de Deloitte para 2022 superarán eso.
No obstante, el hidrógeno todavía lucha con el dilema del huevo y la gallina. La infraestructura existente es insuficiente para soportar una masa crítica de primeros usuarios.
Hay 48,148 estaciones de carga para vehículos eléctricos en los Estados Unidos, según cifras de noviembre de 2022 del Centro de Datos de Combustibles Alternativos del Departamento de Energía, y la infraestructura está comenzando a crecer rápidamente.
Solo hay 54 estaciones públicas de servicio de hidrógeno.
“Cuando le preguntas a la gente en bienes raíces qué es importante y escuchas ‘ubicación, ubicación, ubicación’, aquí pensamos que lo más importante es ‘infraestructura, infraestructura, infraestructura'”, dijo Pratt.
Debe existir una masa crítica de usuarios para que las estaciones de servicio de hidrógeno alcancen la viabilidad económica. Según la frecuencia de los repostajes y los casos de uso, cada estación de servicio podría albergar entre 100 y 400 vehículos, según un informe de 2017 del Consejo Internacional de Transporte Limpio.
Si bien los requisitos de infraestructura para las redes de camiones comerciales se pueden adaptar a ubicaciones específicas, muchos ahora dudan que las celdas de combustible de hidrógeno alguna vez alcancen a los vehículos eléctricos de batería en aplicaciones de trabajo ligero.
“En términos de infraestructura para el hidrógeno, todavía no la tenemos”, dijo Ringland de Ernst & Young.
“Ese lapso de tiempo dará un impulso extra a las baterías. Es tiempo extra para que las personas aprendan a usarlas y se adapten a ellas y digan: ‘esto realmente puede funcionar’. “
Ya sea principalmente para transporte por carretera o para fines más generalizados, el Departamento de Energía está comenzando a sentar las bases de la infraestructura de hidrógeno. A medida que construye 500,000 estaciones de carga para vehículos eléctricos con batería, el departamento está gastando simultáneamente $8 mil millones asignados de la ley de infraestructura bipartidista para crear de seis a 10 centros de hidrógeno en ubicaciones que serán un nexo para los productores, consumidores y empresas de hidrógeno.
El Departamento de Energía comenzó a solicitar solicitudes de regiones que compiten por esta financiación en septiembre. Se esperan selecciones para la próxima primavera.
Estos mercados de hidrógeno serán un catalizador para Energy Earthshot del departamento, una estrategia para reducir el precio del hidrógeno limpio en un 80 por ciento a $ 1 por kilogramo durante la próxima década desde los niveles actuales de aproximadamente $ 5 por kilogramo, según el departamento.
A pesar de todo su potencial para emitir nada más que agua, el hidrógeno todavía tiene un gran obstáculo en el camino hacia una economía sin carbono. Al igual que los vehículos eléctricos de batería pueden depender de la electricidad de las centrales eléctricas de carbón según la región, las ventajas libres de contaminación del hidrógeno se anulan cuando se crea utilizando combustibles fósiles.
El hidrógeno verde, producido solo con energía renovable, representa el 0,1 por ciento del hidrógeno total producido en la actualidad, según el Foro Económico Mundial. Los expertos sugieren que queda un camino de décadas por delante antes de que el hidrógeno verde entre en la corriente principal.
“Nos ha llevado 20 años llegar a donde estamos con los vehículos eléctricos, y esperaría que llevaría la misma cantidad de tiempo llegar allí con el hidrógeno”, dijo Sara Baldwin, directora de electrificación de Energy Innovation, un grupo de expertos en políticas energéticas y climáticas. tanque. “Hay muchos combustibles fósiles que podemos seguir quemando. Pero creo que el punto es sacarnos de los combustibles fósiles”.
Independientemente de las emisiones, el hidrógeno está llegando. La Unión Europea se embarcó en un plan para reducir su dependencia del petróleo ruso y, como resultado, la cartera actual de proyectos globales de electrolizadores de hidrógeno se ha más que duplicado desde abril, según Aurora Energy Research.
El impulso hacia la independencia energética subraya el cambio sísmico que ahora se está produciendo gracias al hidrógeno. Pero hay otra transición en curso que McCormick, quien inició el esfuerzo de las celdas de combustible modernas, sugiere que es más profunda.
