¿Cómo se da energía a un barco que cruza el Pacífico?

En 1874 un personaje de La isla misteriosa, la novela de Julio Verne de ciencia ficción, anunció que el agua, separada por la electricidad, sería algún día el combustible del futuro. Tan solo a siglo y medio después, esa imagen lejana o de futuro, se usa en plantas comerciales. Sin embargo, todavía hay dos cosas por mejorar. Primero: De cada cinco unidades de energía que entran al proceso, cerca de dos se pierden. Y segundo: el hidrógeno resultante es tan pequeño que se escapa con facilidad. Ahí entra la ciencia, la investigación y el desarrollo. 

¿Cómo conecta esto con la ciudad?

Medellín recibió la Climate Week Biodiversity, un encuentro internacional sobre acción climática. Fue la primera vez que llegó a América Latina, y Ruta N fue una de sus sedes. En las conversaciones sobre transición energética casi siempre aparecen las mismas imágenes: paneles solares en techos, turbinas de viento en una colina, carros eléctricos conectados a una toma. Sin embargo, hay tareas que un cable no alcanza a cubrir: un buque que cruza el Pacífico, un vuelo de Bogotá a Madrid, la urea con la que se abona un cafetal. Para esos casos, la ciencia y la industria buscan otro camino: en lugar de llevar la energía por un cable, buscan almacenarla en una molécula.

¿Por qué se necesita mucho más que cables?

Cuando una tarea se puede hacer con electricidad renovable directa, esa suele ser la opción más eficiente, porque se desperdicia menos energía. Un motor eléctrico o una bomba de calor, por ejemplo, aprovechan mejor la electricidad que cualquier combustible fabricado con ella. Pero hay trabajos que el enchufe no alcanza a cubrir. Un portacontenedores necesitaría baterías tan pesadas que no le quedaría espacio para la carga. Un avión que cruza el océano perdería alcance o capacidad. En la fabricación de acero y de fertilizantes tampoco basta con energía. Se necesitan sustancias que reaccionen con otras, un papel que hoy cumplen sobre todo el carbón y el gas natural.

La diferencia se parece a la que hay entre cargar el celular en la pared y llenar el tanque de un carro. Para el celular alcanza con el cable. Un barco que navega semanas necesita un tanque, y ese tanque puede llenarse con la energía del sol y del viento guardada en una molécula. El hidrógeno no compite con la electricidad: la lleva a lugares donde un cable no llega.

¿Cómo se guarda el sol en una molécula?

Todo comienza en un electrolizador, una máquina que usa electricidad para separar el agua en hidrógeno y oxígeno. Es el mismo proceso que imaginó Verne, y hoy funciona a escala comercial con dos tecnologías distintas. Aún así el futuro sigue en construcción, en este proceso se pierde energía, sobre todo como calor, y ahí está su margen de mejora. Los materiales son otro frente de trabajo: algunos electrolizadores usan metales escasos, como el iridio y el platino.

Casi todo el hidrógeno que se usa hoy en el mundo sale de combustibles fósiles. Para distinguir cómo se produce, se habla de “colores”: gris, azul, turquesa y verde. Lo que de verdad los diferencia es cuántas emisiones deja cada ruta, desde que se produce hasta que se usa.

¿Cómo se pierde menos energía?

Laboratorios y plantas piloto de varios países trabajan para que el proceso desperdicie menos. La empresa australiana Hysata diseñó celdas que reducen las pérdidas causadas por las burbujas. La alemana Sunfire usa un electrolizador que trabaja a muy alta temperatura y aprovecha el calor sobrante de una acería. Ambas reportan que sus equipos aprovechan entre 80 y 84 de cada 100 unidades de energía, frente a cerca de 60 en los equipos comerciales actuales.

Otros grupos desarrollan materiales que aceleran la reacción con mucho menos iridio, y membranas hechas con níquel y hierro, metales más abundantes y económicos. Esos resultados los reportan las propias empresas a partir de pruebas comerciales, y las tecnologías aún deben demostrar costos, durabilidad y desempeño a gran escala. La Agencia Internacional de la Energía considera posible que la innovación y la fabricación en serie abaraten los electrolizadores hacia 2030. Aclara que esas proyecciones son escenarios, no promesas.

Del hidrógeno al abono, al barco y al avión

El hidrógeno es un gas que ocupa mucho espacio y es difícil de guardar. Por eso, varios de sus usos lo combinan con otras sustancias para obtener combustibles y materiales más fáciles de manejar. En el campo. El hidrógeno, combinado con nitrógeno del aire, produce amoníaco, la base de la urea y de otros abonos. Hoy ese proceso, llamado Haber-Bosch, funciona sobre todo con combustibles fósiles. Su papel en la alimentación es amplio. El investigador Vaclav Smil calcula que, sin ese nitrógeno sintético, el planeta no alcanzaría a alimentar a cerca de dos de cada cinco personas. El hidrógeno gris es el que hoy se obtiene del gas natural. Si se reemplaza por uno de bajas emisiones, el abono sigue siendo el mismo y cambian las emisiones con que se fabrica.

En el mar. El transporte marítimo produce cerca de tres de cada cien toneladas de los gases de efecto invernadero del mundo. Para reducirlas hay dos combustibles principales. El e-metanol, un metanol fabricado con hidrógeno de bajas emisiones, es líquido a temperatura ambiente y por eso es fácil de manejar. La naviera Maersk ya opera buques que pueden usarlo. El amoníaco verde, hecho con hidrógeno renovable, no contiene carbono. En pruebas del fabricante Wärtsilä, un motor que funcionó casi por completo con amoníaco redujo hasta 90 por ciento los gases de efecto invernadero frente a un motor diésel equivalente.

En el aire. Los aviones eléctricos sirven, por ahora, para aeronaves pequeñas y trayectos cortos. Para los vuelos largos, la opción son los combustibles sostenibles de aviación. Se fabrican con hidrógeno y CO₂ capturado, y son compatibles con los aviones y aeropuertos de hoy. La Unión Europea ya exige cuotas mínimas crecientes de estos combustibles, lo que impulsa a producirlos en mayor volumen y a menor costo.

En la carretera. Camiones y trenes regionales de hidrógeno ya circulan en condiciones reales: se recargan en minutos y tienen gran autonomía. Conviven con los vehículos de batería, y la mejor opción depende de la ruta, la carga y la infraestructura disponible.

Una molécula escurridiza

El hidrógeno es la molécula más pequeña que existe, y por eso se escapa con facilidad. No tiene olor ni color, arde cuando se mezcla con el aire en ciertas proporciones y su llama casi no se ve. Por eso, la primera línea de seguridad son los sensores. Hay detectores que notan cantidades mínimas de gas y fibras ópticas que vigilan largos tramos de tubería a partir de cambios en la luz.

Hay varias formas de almacenarlo. Comprimirlo sirve para vehículos y distancias cortas. Licuarlo permite mover grandes volúmenes, pero exige enfriarlo a unos 253 grados bajo cero y gastar mucha energía.

¿Y desde aquí?

Ruta N plantea que la oportunidad de Medellín y Antioquia está en el conocimiento, los componentes y los servicios especializados. Se trata de proyectos ajustados a la energía, el agua, la infraestructura y la demanda de la región. Tres preguntas dan línea a  lo que sigue. ¿Qué proyectos de hidrógeno tienen sentido con los recursos de Antioquia? ¿Qué pieza de esa cadena, un sensor, un material para los electrolizadores o un software, puede diseñarse en Medellín? ¿Y cómo se distingue cuándo la mejor respuesta es una molécula y cuándo basta con un cable?

De vuelta al Pacífico

La ciencia y la industria responden con moléculas. Un barco no se enchufa, pero puede navegar con energía del sol y del viento guardada en e-metanol o en amoníaco. Donde el cable alcanza, sigue siendo la primera opción. El edificio de Ruta N, por ejemplo, se enfría con agua, aire y muros verdes en lugar de aire acondicionado mecánico. Eso ayuda a ahorrar más del 40 por ciento de la electricidad.

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