¿Cuánta agua hace falta para extraer hidrógeno? Implicaciones medioambientales

El coche eléctrico parece ser la respuesta a la descarbonización del transporte a nivel mundial, pero lo cierto es que su efectividad en este sentido depende principalmente del método de obtención de la energía eléctrica necesaria para operar con este tipo de vehículos.

Pero existe una alternativa al coche eléctrico de batería: el coche de pila de combustible de hidrógeno, que a priori hace posible un proceso mucho más limpio. Esto es aplicable al resto de la industria y muchos de los principales promotores del hidrógeno como fuente de energía verde reclaman a menudo que su gran ventaja reside en que es ilimitada. ¿Es eso cierto?

Cómo se obtiene el hidrógeno

Una de las principales ventajas del hidrógeno es que, a diferencia de los combustibles fósiles o los minerales, existe en grandes cantidades en el universo. De hecho, es uno de los elementos más abundantes.

Sin embargo, el hidrógeno también plantea un importante inconveniente: tiene una densidad tan baja que no es posible encontrarlo de manera independiente en la Tierra, por lo que es necesario obtenerlo a partir de su asociación con otros elementos.

La más habitual de todas es la que forma con el oxígeno para crear agua (H2O). Estos dos átomos de hidrógeno combinados con uno de oxígeno nos proporcionan el bien más preciado de nuestro planeta, pero también constituyen la clave del desarrollo de la industria y tecnología asociada al hidrógeno. Y ahí es donde empezamos a encontrar un posible problema.

Vídeo muy completo en el que se detallan los procesos de obtención del hidrógeno.

El principal y más limpio método de obtención del hidrógeno -y el más limpio- es la electrólisis, un proceso que consiste en romper la molécula de agua mediante la aplicación de electricidad. Esto hace que el hidrógeno y el oxígeno se separen, quedando atrapados en el cátodo y en el ánodo respectivamente. Es lo que llamamos hidrógeno verde.

Existen otros métodos de obtención de hidrógeno, siendo los más habituales los que utilizan combustibles fósiles y biomasa. En el primer caso, basta con hacerlos reaccionar con agua utilizando un catalizador para facilitar la reacción. Este proceso químico se denomina «reformado con vapor de agua» y requiere aporte de energía porque es un proceso endotérmico, en el que se obtienen como productos principales hidrógeno (H2) y monóxido de carbono (CO).

Finalmente, en la biomasa abundan los compuestos hidrogenados presentes en los residuos vegetales o animales. El tratamiento de la biomasa genera un gas denominado biogás, gas de gasificación o gas de síntesis, pero también puede dar lugar a biocarburantes (bioetanol, biodiésel) que posteriormente se utilicen para la obtención de hidrógeno.

Cuánta agua hace falta para producir hidrógeno

Una de las claves para hacer viable la producción masiva de hidrógeno como fuente de energía es poder utilizar el agua marina. En la Tierra, la proporción de agua salada en relación a la dulce es un 96% frente a un exiguo 4%, pero las tecnologías que hacen posible el uso de agua del mar sin desalación previa ni purificación son aún escasas.

Independientemente de eso, y según un cálculo realizado por Michael Webber, director asociado del Centro de Política Energética y Ambiental Internacional de la Universidad de Texas en Austin -y a partir de las propiedades atómicas del agua-, 1 kg de gas hidrógeno requiere aproximadamente 9 litros de agua como materia prima. En un año, 60 mil millones de kilogramos de hidrógeno requerirían 541 mil millones de galones de agua dulce y destilada. Este número es similar a la cantidad de agua requerida para refinar una cantidad equivalente de petróleo (aproximadamente entre 3,7 y 9,5 galones de agua por 3,7 litros de gasolina).

Adicionalmente, Oilprice afirma que los sistemas de tratamiento de agua suelen requerir unas dos toneladas de agua impura para producir una tonelada de agua purificada. En otras palabras, una tonelada de hidrógeno en realidad no necesita 9 sino 18 toneladas de agua. Teniendo en cuenta las pérdidas, la proporción es más cercana a las 20 toneladas de agua por cada tonelada de hidrógeno.

Implicaciones medioambientales

Esto plantea un dilema moral si recordamos que el agua limpia es un recurso precioso a nivel mundial. No en vano, las Naciones Unidas han observado que «más de 2.000 millones de personas viven en países que experimentan un alto estrés hídrico. Es probable que la situación empeore a medida que crezcan las poblaciones y la demanda de agua, y a medida que se intensifiquen los efectos del cambio climático». Muchos temen que la potencial masificación del hidrógeno como fuente de energía incremente este estrés hídrico.

Por otro lado, una posible solución sería potencial la tecnología que permita acabar con la corrosión que limita el uso del agua marina como materia prima para la electrólisis, o bien potencial el uso de plantas de desalinización y ósmosis inversa para purificar el mar y las aguas residuales como materia prima de hidrógeno.

Óscar Magro ha probado el Toyota Mirai, un excepcional coche de pila de combustible de hidrógeno.

Y, como siempre, conviene poner la situación específica del hidrógeno en un contexto global para poder analizar con mayor perspectiva el problema real. Según un estudio realizado por Herib Blanco para la Agencia Internacional de Energías Renovables (IRENA), suponiendo que el mundo utilice más de 70EJ (exajulios) de hidrógeno electrolítico para 2050, el consumo de agua será de aproximadamente 25 bcm (millardos de metros cúbicos).

Eso es relativamente pequeño en comparación con la cifra global de 2800 bcm para la agricultura (el mayor consumidor), 800 bcm para usos industriales y 470 bcm para usos municipales. Equivaldría a un país desarrollado con 62 millones de habitantes (400 m3/cápita).

Incluso en el caso más conservador, donde se utiliza la desalinización de agua, el coste del agua (tratamiento, transporte) sería inferior al 2% del coste total de producción de hidrógeno y el consumo de energía para la desalinización de agua sería sólo alrededor del 1% de la energía total necesaria para la producción de hidrógeno.

Finalmente, Blanco señala que «la huella hídrica es muy específica de la ubicación y depende de la disponibilidad local de agua, el consumo, la degradación y la contaminación. El impacto en el ecosistema también tendrá que ser considerado, pero los números sugieren que el consumo de agua no debería ser una barrera importante para la ampliación del hidrógeno renovable», concluye.

En cualquier caso, lo que es seguro es que el consumo de agua no es un tema que deba ignorarse a la hora de evaluar la efectividad real y las consecuencias de la producción de hidrógeno como fuente de energía en el futuro.