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Bombo sobre el hidrógeno
Se están promocionando enormemente los coches de hidrógeno y de pila de combustible. El Departamento de Energía de EE. UU. Los ha convertido en el foco central de sus esfuerzos de energía limpia. El estado de California ha dicho que en los próximos años construirá una autopista de hidrógeno, con estaciones de abastecimiento de combustible de hidrógeno cada 20 millas a lo largo de las principales carreteras. General Motors está gastando más de una cuarta parte de su presupuesto de investigación en vehículos de pila de combustible y Larry Burns, vicepresidente de I + D y planificación de GM, dijo en febrero que la compañía tendrá un vehículo de pila de combustible comercialmente viable para 2010.
Sin embargo, a pesar de todo este bombo, es probable que los autos de hidrógeno sigan siendo inferiores a los mejores vehículos híbridos de gasolina y electricidad como el Toyota Prius en prácticamente todos los aspectos: costo, rango, factura anual de combustible, conveniencia, seguridad, al menos hasta 2030. El Prius incluso tendrá menores emisiones generales de muchos contaminantes que los automóviles que funcionan con el hidrógeno que probablemente estará disponible en las estaciones de servicio en el futuro previsible. Y un impulso prematuro hacia los automóviles de hidrógeno socavaría los esfuerzos para reducir las emisiones de dióxido de carbono que atrapan el calor y que causan el cambio climático global.
Para que los coches de hidrógeno sean prácticos desde la perspectiva del consumidor y deseables desde una perspectiva medioambiental, se requieren al menos tres avances tecnológicos importantes. Además, la nación tendrá que cambiar drásticamente su política energética hacia fuentes de energía renovable como la eólica y la solar.
No me malinterpretes. Soy un firme defensor del hidrógeno como posible combustible para el futuro. De hecho, ayudé a supervisar el programa del Departamento de Energía para energía limpia, incluido el hidrógeno, durante gran parte de la década de 1990, tiempo durante el cual aumentamos diez veces la financiación para las tecnologías del hidrógeno. Creo que la investigación continua sobre el hidrógeno sigue siendo importante debido a su potencial para proporcionar un sustituto libre de contaminación del petróleo después de 2030.
Pero ir más allá de la I + D en este punto para construir realmente la infraestructura de hidrógeno, como muchos defienden, es injustificado e imprudente. Como concluyó Peter Flynn, profesor de ingeniería en la Universidad de Alberta, en un estudio de 2002 sobre el esfuerzo por comercializar vehículos a gas natural: Las afirmaciones exageradas han dañado la credibilidad de los combustibles de transporte alternativo y han retrasado la aceptación, especialmente por parte de los grandes compradores comerciales.
Veamos brevemente por qué los coches de hidrógeno todavía están lejos de tener sentido.
Es caro
En una economía de hidrógeno, el principal portador de energía sería el hidrógeno que se produce a partir de fuentes de energía libres de contaminación. Este objetivo se basa en dos pilares: una fuente de hidrógeno libre de contaminación y un dispositivo para convertir limpiamente este hidrógeno en energía útil (la pila de combustible).
El hidrógeno no es una fuente de energía fácilmente accesible como el carbón o el viento. Está fuertemente ligado a moléculas como el agua (H2O) y el gas natural (compuesto principalmente de metano o CH4), por lo que su extracción y purificación es costosa y requiere mucha energía. En la actualidad, más del 95 por ciento del hidrógeno de EE. UU. Se produce a partir de gas natural porque es el método más barato. Sin embargo, entregar hidrógeno a partir de gas natural al tanque de un automóvil de celda de combustible en forma utilizable cuesta cuatro veces más que la gasolina con una cantidad equivalente de energía. El hidrógeno de fuentes libres de contaminación, como las energías renovables, es aún más caro. Una infraestructura de hidrógeno construida alrededor de tecnologías existentes o casi comerciales costaría más de $ 600 mil millones, según el informe más completo. estudio hecho, por el Laboratorio Nacional de Argonne.
Las pilas de combustible son dispositivos electroquímicos pequeños, modulares, similares a las baterías, pero que pueden alimentarse continuamente. Una pila de combustible absorbe hidrógeno y oxígeno y emite electricidad y calor; sus únicas emisiones son el agua. Esto suena como una panacea energética, pero hoy, más de 160 años después de que se construyó la primera celda de combustible, y después de más de $ 15 mil millones en gastos públicos y privados, la tecnología de celdas de combustible aún no ha logrado un gran éxito comercial.
Los desafíos técnicos son enormes. En septiembre de 2003, un panel del Departamento de Energía de EE. UU. Sobre las necesidades de investigación básica para la economía del hidrógeno, presidido por la profesora de física e ingeniería eléctrica del MIT, Mildred Dresselhaus, informó que las celdas de combustible para transporte son 100 veces más caras que los motores de combustión interna. Los sistemas de almacenamiento de hidrógeno más maduros, que utilizan una presión ultra alta, contienen entre siete y diez veces menos energía por unidad de volumen que la gasolina y requieren una cantidad significativa de energía de compresión. Apenas el mes pasado, un prestigioso panel de la Academia Nacional de Ciencias concluyó que tal almacenamiento tiene pocas promesas de practicidad a largo plazo. Y un informe publicado este mes por la American Physical Society concluyó que se debe descubrir un nuevo material para resolver el problema de almacenamiento.
El panel del Departamento de Energía señaló que el costo de producción de hidrógeno tendría que reducirse en un factor de cuatro para que el hidrógeno sea económicamente competitivo con los combustibles fósiles actuales. También se requerirían avances importantes en la infraestructura y la seguridad del hidrógeno. El panel concluyó que estas brechas no se pueden salvar mediante avances incrementales del estado actual del arte, sino que requieren avances conceptuales revolucionarios.
Si esto parece que pasará mucho tiempo antes de que veamos un producto comercialmente viable en el mercado, no debería sorprendernos. Los avances que revolucionan la tecnología energética son raros. La energía eólica y la energía solar han tardado aproximadamente 20 años en ver una disminución de diez veces en los precios, después de importantes inversiones gubernamentales y del sector privado en I + D y despliegue, y todavía representan bastante menos del uno por ciento de la generación de electricidad de EE. UU.
Los vehículos de combustible alternativo (AFV) son un desafío mayor, porque deben superar una inversión de billones de dólares en la infraestructura de combustible de gasolina. Dos esfuerzos importantes para comercializar AFV en las últimas dos décadas, vehículos eléctricos y vehículos de gas natural, fracasaron, a pesar de que la electricidad y el gas natural están ampliamente disponibles y son económicos. El hidrógeno, por el contrario, casi no está disponible en ninguna parte y es relativamente caro. Nuestros automóviles y nuestra infraestructura de abastecimiento de combustible están diseñados en torno a combustibles líquidos, que tienen altas densidades de energía y son más fáciles de manejar que los gases difusos como el hidrógeno.
Según mis conversaciones con expertos de todo el país, creo que es poco probable que los coches de hidrógeno alcancen una cuota de mercado del cinco por ciento en 2030. Pero no deberíamos tener prisa por desplegar coches de hidrógeno.
No es necesariamente limpio
Es un error común pensar que el hidrógeno es inherentemente bueno para el medio ambiente. Pero, de hecho, el hidrógeno no es más ecológico que las fuentes de energía que se utilizan para producirlo. Como señaló el panel de la Academia Nacional, es muy probable que los combustibles fósiles sean la principal fuente de hidrógeno durante varias décadas. Cualquier impulso prematuro hacia los autos de hidrógeno significaría inevitablemente que el hidrógeno provendría de la fuente más barata de hoy, el gas natural. Sin embargo, dadas las limitaciones en el suministro de gas de América del Norte, solo estaríamos intercambiando gas importado por petróleo importado.
Más importante aún, un automóvil de pila de combustible que funciona con hidrógeno derivado del gas natural no ofrece ahorros significativos de gases de efecto invernadero en comparación con los vehículos híbridos avanzados que funcionan con petróleo, como en 2003. Estudio del MIT concluido. Los mejores nuevos híbridos han reducido drásticamente su consumo de combustible y, por tanto, las emisiones de gases de efecto invernadero. Al funcionar con gasolina con bajo contenido de azufre, el Prius 2004 produce un 90 por ciento menos de emisiones de escape que el automóvil nuevo promedio.
Sin embargo, el hidrógeno menos caro está sucio. Sobre la base de las estaciones de servicio de hidrógeno que Royal Dutch / Shell ha propuesto construir, las emisiones totales de óxidos de nitrógeno de un vehículo de pila de combustible serían triple el de los mejores coches nuevos.
Igualmente importante, tal estrategia desviaría el gas natural de una variedad de usos mejores. Si bien los vehículos que funcionan con hidrógeno derivado del gas natural no proporcionarán reducciones significativas de gases de efecto invernadero en comparación con los mejores híbridos que funcionan con gasolina, un cambio a gas natural puede reducir en gran medida las emisiones de las plantas generadoras de electricidad. Un generador de carbón libera más de 1.000 kilogramos de dióxido de carbono al aire por cada megavatio-hora de electricidad que produce. Las mejores plantas de gas, por el contrario, liberan sólo unos 350 kilogramos de dióxido de carbono por megavatio-hora generado.
De manera similar, un megavatio-hora de electricidad a partir de energías renovables, si se usa para producir hidrógeno para un vehículo de celda de combustible, ahorraría alrededor de 230 kilogramos de dióxido de carbono en comparación con un Prius que funciona con gasolina. Eso es unos 770 kilogramos menos que los ahorros de reemplazar la energía del carbón, y estos ahorros se pueden lograr sin gastar cientos de miles de millones de dólares en vehículos de celda de combustible e infraestructura de hidrógeno. Como concluyeron David Keith de Carnegie Mellon y Alexander Farrell de la Universidad de California, Berkeley, en un análisis de julio de 2003 en Ciencias revista: Hasta que las emisiones de CO2 de la generación de electricidad se eliminen virtualmente, será mucho más rentable utilizar nueva electricidad neutra en CO2 (por ejemplo, eólica o nuclear) para reducir las emisiones sustituyendo la electricidad generada con combustibles fósiles.
Sin embargo, el Congreso de los EE. UU. No aprobará una legislación que requiera que ni siquiera el 10 por ciento de la electricidad en 2020 provenga de energías renovables. Esto significa que los coches de hidrógeno no tendrán valor real como estrategia de calentamiento global hasta después de 2030. Un análisis de 2004 realizado por el Pacific Northwest National Laboratory concluyó que incluso con los avances tecnológicos y un gran impulso para reducir las emisiones de dióxido de carbono, el hidrógeno no penetra en el transporte. sector de manera importante hasta después de 2035.
En este momento, entregar hidrógeno renovable a un automóvil en forma utilizable es prohibitivamente costoso, equivalente a la gasolina a $ 6 a $ 10 el galón. Necesitamos un gran avance en la producción de hidrógeno neutro en CO2, junto con importantes avances en las pilas de combustible y el almacenamiento de hidrógeno, antes de que los coches de hidrógeno sean competidores plausibles.
Mientras estamos haciendo I + D durante las próximas dos décadas, debemos, si queremos evitar un calentamiento global catastrófico, hacer de la nueva electricidad neutra en CO2 nuestra principal prioridad. A marzo de 2003 análisis por un grupo de científicos dirigido por Ken Caldeira del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, y publicado en Ciencias revista, concluyó que si la sensibilidad climática se encuentra en el medio del rango actualmente proyectado, incluso la estabilización en un calentamiento de 4 ° C requeriría la instalación de 410 megavatios de capacidad de energía libre de emisiones de carbono cada día, cinco veces el pronóstico habitual.
Si bien los vehículos de hidrógeno podrían tener un valor limitado para reemplazar las flotas propulsadas por motores diésel en ciudades muy contaminadas antes de 2030, es poco probable que los automóviles de celda de combustible logren el éxito en el mercado masivo para entonces. Ni la política gubernamental ni la inversión empresarial deben basarse en la creencia de que los coches de hidrógeno tendrán un éxito comercial significativo a corto o medio plazo.
Joseph J. Romm fue subsecretario interino de energía para la eficiencia energética y las energías renovables durante la administración Clinton. Este artículo está basado en material de su libro. El bombo sobre el hidrógeno: realidad y ficción en la carrera por salvar el clima , publicado este mes por Island Press. Para obtener más información sobre el libro, vaya a www.coolcompanies.org .