L’hidrogen verd

 

“L’hidrogen verd és una font d’energia clau en l’estratègia d’Espanya per assolir la neutralitat climàtica i descarbonitzar l’economia. Aquest tipus d'hidrogen no produeix emissions de carboni, el que el converteix en un component essencial per a sectors difícils d'electrificar i sistemes energètics aïllats”. Així comença la nota sobre l’hidrògen verd del 6 de setembre del 2024, publicat pel Pla de Recuperació, Transformació i Resiliència del govern espanyol. A la mateixa nota s’hi diu que s’aportaran per part de l’estat 3.100 milions d’euros per arribar a una producció de 70.000 tones anuals d’aquest hidrogen l’any 2030. 

Continua dient que l’hidrogen verd pot servir per emmagatzemar energia en cas d’excés de producció d’energia elèctrica renovable; pels camions, vaixells i avions, on les bateries elèctriques són poc pràctiques degut al seu pes i volum; per substituir el carbó com a reductor per la fabricació de ferro i altres metalls, o per produir combustibles sintètics, com el metà (gas natural) o altres combustibles líquids que es podrien fer servir als motors de combustió. És a dir, una meravella. Però ens podem preguntar si tot això és realista.

La veritat és que l’hidrogen obtingut per electròlisi és un vector energètic amb moltes limitacions, moltes més de les que se sol reconèixer. La primera és el baix rendiment del procés d’electròlisi amb què es divideix la molècula d’aigua en hidrogen i oxigen. L’eficiència d’aquest procés en una planta d’electròlisi comercial sol fregar el 50 %, és a dir, es perd la meitat de l’energia utilitzada.

Una vegada produït, malgrat que l’hidrogen té un contingut d’energia elevat (120 megajoules/kg, 3 vegades més que el gas natural), degut a la seva baixa densitat, el contingut d’energia per unitat de volum és bastant mediocre, uns 12 quilojoules per litre a pressió ambient i a una temperatura de 25 °C. Això és aproximadament la tercera part del contingut d’energia del gas natural en les mateixes condicions. Per això, per poder utilitzar l’hidrogen en vehicles cal comprimir-lo a altes pressions. D’aquesta manera s’incrementa substancialment el contingut energètic per litre, fins als 5 megajoules per litre a 700 atmosferes de pressió, que, tot i que ja permet treballar, és poc més de la vuitena part del contingut energètic del dièsel. El procés de compressió consumeix energia, per si mateix i perquè primer s’ha de refrigerar l’hidrogen a temperatures d’entre 20 i 40 °C sota zero per evitar que s’escalfi massa en el moment comprimir-lo. Tots dos processos, la refrigeració i la compressió, impliquen pèrdues d’energia substancials, al voltant del 10 % de tota l’energia inicialment emprada per produir l’hidrogen. Després, aquest hidrogen s’hauria de cremar en una cèl·lula de combustible, que produeix electricitat, però les cèl·lules de més rendiment a temperatura ambienta només aprofiten un 50 % de l’energia del combustible. I amb això es generaria un corrent elèctric per carregar una bateria que seria el que veritablement alimentaria el motor elèctric del vehicle. Amb aquest disseny, doncs, el rendiment final de tot el procés es mou entre el 10 % i el 25 % de l’energia inicialment utilitzada.

L’hidrogen és una substància molt reactiva, molt explosiva i que crema amb una temperatura de flama molt alta, de 2.400 °C (260ºC més que el gas natural), el que fa que la flama sigui invisible. La manipulació de l’hidrogen sempre és molt complicada, ja que és inflamable entre el 4 i el 75% de dissolució a l’aire, per 5 i 15% del gas natural, de manera que petites fuites d’hidrogen presenten un gran perill d’incendis o d’explosió. A més, la velocitat de la flama de l’hidrogen és de 2 a 3 metres per segon, mentre que la del gas natural és de 30 a 40 cm/s. Això és una altra indicació de la seva perillositat. Per aquests motius als llocs on es fa servir (per exemple, a la indústria química) se sol utilitzar sempre en dipòsits petits.

En realitat, l’únic sentit que té la producció d’hidrogen per electròlisi és per a certs usos industrials, en què es poden acceptar les pèrdues del 50 % que implica l’electròlisi però amb poques pèrdues addicionals: en forns d’alta temperatura per produir ciment, ceràmica, maons...

Quant a altres usos, com la producció d’hidrocarburs sintètics, cauen en el camp de la ciència-ficció: tornar a muntar una molècula mitjanament complexa a partir de carboni i d’hidrogen és un procés prohibitiu des d’un punt de vista energètic. Avui en dia, el poc combustible sintètic que s’ha generat per síntesi de carboni i hidrogen té un preu de 1.000 euros el litre, i és dubtós que es pugui abaratir gaire més, atès que aquest preu és un reflex del pèssim rendiment energètic inherent a aquest procés.

I, finalment, tenim el problema del preu. Segons l'índex Hydrix de l'European Energy Exchange (EEX) (que proporciona informació setmanal sobre els preus negociats a Alemanya) actualment l'hidrogen verd rondaria els 210 euros/MWh, mentre que el MWh del gas natural té un preu d’uns 40€, 5 vegades menys, però variable segons el mercat, ja que al principi de la guerra d’Ucraina es va plantar prop dels 300€/MWh. A la seva participació al II Dia de l'Hidrogen, Javier Brey, president de l'Associació Espanyola de

l’Hidrogen, va assegurar que el cost de l'hidrogen s'abaratirà més d'un 50% els propers anys. Probablement més un desig que una realitat, però encara quedaria lluny de ser competitiu, el que vol dir que l’hidrogen verd haurà de ser subvencionat durant molts anys.

En resum, la solució de l'hidrogen verd sembla que no és viable. Uns quants augmentaran la seva fortuna a costa de la resta, que anirem pagant inversions colossals que serviran per a molt poc. Un altre exemple de que la transició energètica de que tant ens parlen no és més que una fugida cap endavant per no haver d’informar la població que no hi haurà prou energia per sostenir el sistema econòmic actual.

El mite de la transició energetica

Els principals països de la Unió Europea estan immersos en un procés conegut com “transició energètica”, que consisteix en reduir el consum de combustibles fòssils com a pas necessari per lluitar contra el canvi climàtic. Aquesta transició energètica, que teòricament s’ha de basar en una producció massiva d’electricitat d’origen renovable, hauria d’anar substituint de manera ràpida i eficaç els usos de l’energia que actualment es basen en l’ús de combustibles fòssils i afavorir així la descarbonització de l’economia.

Per assolir aquest objectiu un dels pilars fonamentals és el cotxe elèctric. L’altre és la utilització de l’hidrogen produït per l’electrolisi de l’aigua.

Malgrat que la fabricació de cotxes elèctrics va ser la gran aposta dels fabricants de cotxes europeus, ara estem en plena frenada: projectes de fàbriques de bateries retrassats sine die, tancament de fàbriques de cotxes, etc. La raó és que a Europa es compren pocs cotxes elèctrics, ja que són molt cars. Els fabricants europeus no poden construir un cotxe elèctric per menys de 25.000 €.

La raó per això és que la fabricació del cotxe elèctric requereix una gran quantitat de materials que exigeixen molta energia per ser extrets i processats, i a més a més no es produeixen al ritme necessari per permetre l’adopció massiva de vehicles elèctrics. L’Agència Internacional de l’Energia adverteix que la producció minera actual més la projectada els pròxims anys per a alguns materials crítics com el coure, el liti o el níquel serà àmpliament insuficient per cobrir les necessitats previstes fins i tot en els escenaris més modestos de la transició energètica. Això porta a un procés d’encariment dels vehicles elèctrics. Com que el preu és elevat, les compres disminueixen.

Els xinesos, ara per ara, fabriquen cotxes elèctrics més econòmics que els fabricants europeus, però els cotxes xinesos a preu assequible tenen unes prestacions molt baixes, particularment pel que fa a l’autonomia, a més de presentar problemes de fiabilitat i seguretat. I, a curt terme, si la producció d’aquests vehicles a preu més assequible augmentés, els fabricants xinesos es trobaran amb el mateix problema de falta de materials. Per exemple, el principal productor mundial de coure, Xile, no pot continuar a augmentar la producció. És a dir, a partir d’ara el problema amb el coure no serà només si n’hi ha prou a la Terra per emprendre tots els plans d’electrificació previstos, sinó que a més la quantitat anual de coure extret anirà caient any rere any, i això vol dir que serà cada vegada més difícil continuar fent el que fèiem fins ara, i ja no diguem expandir els usos del coure. És clar que es pot augmentar el seu reciclatge, però el reciclatge consumeix molta energia, i no és segur que, des del punt de vista energètic, no es mengi bona part dels guanys de la transició energètica projectada. 

Però el preu no és l’únic inconvenient del vehicle elèctric. No hi ha, ni probablement hi haurà en un futur previsible, suficients punts de recàrrega adequats. D’altra banda, els temps de la recàrrega amb instal·lacions domèstiques són molt llargs si es necessita una càrrega completa. L’ús repetit de carregadors de càrrega ràpida escurça molt de pressa la vida de les bateries. Com que les enormes bateries s’han d’integrar dins el xassís del vehicle, en cas d’accident, ni que sigui amb desperfectes moderats, la reparació de la bateria pot ser tan complexa que el seu cost podria ser molt elevat, de vegades comparable amb el del mateix cotxe.

Si parlem de maquinària pesant, atesa la baixa densitat energètica de les bateries (al voltant de 0,6 MJoule/litre amb les d’ió liti, les més eficaces: unes seixanta vegades menys energètiques que el dièsel), resulta del tot impossible desenvolupar maquinària pesant elèctrica basada en bateries, a causa de l’enorme volum que haurien de tenir per oferir unes prestacions mínimament comparables a les de les màquines que es fan servir avui en dia. És a dir, la maquinària pesant s’hauria de fer servir connectant-les directament a la xarxa elèctrica, i això reduiria en molts casos la seva utilització, ja que molta maquinària pesant és mòbil.

Des del punt de vista de l’electrificació de l’energia, doncs, la transició energètica que es vol implementar a Europa és una quimera, una quimera que ens costarà molt car.