Del Petróleo al hidrógeno

Nuestros antepasados desafiaron toda lógica posible si se considera el tamaño y la humildad de nuestra ciudad capital por aquellos tiempos. Pero este acontecimiento no es el único. A lo largo de nuestra historia, costarricenses, pensando sin complejos ni limitaciones, nos han puesto en el mapa del mundo como sociedad pionera e innovadora.

Hoy, una vez más, a pesar de ser un país pequeño, tenemos derecho y obligación de soñar y comprometernos a trabajar en la búsqueda de nuestra autosuficiencia energética que, aunque la tenemos en generación eléctrica, carecemos de ella en el sector transporte.

En los últimos años, como parte del convenio entre Ad Astra y Recope, nuestro equipo ha estudiado una transición paulatina del petróleo importado al hidrógeno, un combustible limpio que es posible producir en nuestro país.

Varios países desarrollados han elegido esta dirección, con base en avances tecnológicos, reducción de costos y preocupación por el ambiente (vea mapa).

Para Costa Rica, sería una transformación paulatina, pues se requieren sustanciales inversiones en infraestructura que, al final del día, nos liberarían de nuestra dependencia en los combustibles fósiles importados y contaminantes. Los costarricenses no deberíamos negarnos la posibilidad de aspirar a ello.

Datos de respaldo. Costa Rica consume alrededor de 130.000 terajulios (TJ) de energía al año o 3, 6 x1. 010 kilovatios hora (1 TJ equivale a 277.778 kilovatios hora). De ese total, el consumo eléctrico es menos del 30%. Nuestro país genera más del 90% de su electricidad con fuentes renovables.

Desafortunadamente, el mayor consumo energético de los costarricenses siguen siendo los hidrocarburos empleados para el transporte vehicular, alrededor de 100.000 TJ que quemamos cada año en nuestras congestionadas carreteras.

Utilizando solamente el recurso eólico y solar, Costa Rica produciría suficiente hidrógeno para solventar sus necesidades de transporte.

Nuestras recientes estimaciones, hechas en colaboración con expertos del Laboratorio Nacional de Energía Renovable de los Estados Unidos (NREL, por su sigla en inglés), indican que el potencial es de más de 100.000 TJ. Suficiente para reemplazar a los hidrocarburos. Estudios más detallados nos revelarían números aún más persuasivos.

El hidrógeno es el elemento más simple, liviano y abundante que conocemos. No es un biocombustible ni un hidrocarburo, aunque ambos contienen hidrógeno. En la Tierra se encuentra siempre ligado a otros elementos, como el carbono y el nitrógeno en los hidrocarburos (petróleo, gas natural) y en las plantas y animales (biomasa) o directamente al oxígeno, en el agua.

Por ello, para usar el hidrógeno, debe primero liberarse, lo cual requiere energía. Es ahí precisamente donde está su valor. La energía utilizada para liberarlo se recupera en parte y es utilizable cuando el hidrógeno se combina nuevamente con el oxígeno del aire para producir agua pura.

Por lo anterior, el hidrógeno no es una fuente de energía en nuestro planeta (hasta que logremos la fusión termonuclear controlada), sino una forma de almacenarla, un “vector energético”.

Kilo por kilo, el hidrógeno almacena la mayor cantidad de energía de todos los combustibles. La desventaja es su baja densidad, por lo que hay que comprimirlo o licuarlo. Esto requiere energía adicional.

No obstante, aun con ese impuesto energético, el hidrógeno, proveniente de fuentes solares y eólicas, retiene su atractivo y continúa ganando terreno en la composición de la matriz energética de los países desarrollados, en especial aquellos que carecen de fuentes domésticas de combustibles fósiles.

En un vehículo eléctrico alimentado por celdas de hidrógeno (FCEV, por su sigla en inglés), este elemento en el tanque del automóvil se combina con el oxígeno del aire, para producir la electricidad que moverá el vehículo, y vapor de agua que se desecha.

La huella de carbono es cero. Los vehículos utilizan hidrógeno comprimido a presiones de 350 a 700 atmósferas (entre 5.000 y 10.000 libras por pulgada cuadrada). Un kg de hidrógeno contiene, aproximadamente, la misma energía que un galón (3,8 litros) de gasolina.

Los vehículos de hidrógeno como el Toyota Mirai o el Hyundai Tucson almacenan aproximadamente 5 kg de hidrógeno en sus tanques, lo que les proporciona un rango del orden de 450 km (equivalente a cerca de 24 km/litro, rendimiento poco común en un vehículo de gasolina).

Ese rango también es superior al de un vehículo eléctrico de baterías con una ventaja adicional: llenar el tanque de hidrógeno toma entre 5 y 10 minutos. La carga completa de una batería requiere varias horas.

En el mercado doméstico de hidrógeno vehicular en los Estados Unidos, el costo al consumidor de un kg de hidrógeno entregado al tanque de un vehículo es de aproximadamente $5, el costo aproximado en Costa Rica de un galón de gasolina.

Sin embargo, el rango del vehículo de hidrógeno por ese precio, comparado con el de gasolina, es más del doble. En otras palabras, el costo por kilómetro se reduce a menos de la mitad.

En países donde abunda el gas natural, el hidrógeno se libera mediante un proceso de “reformación”, que combina gas natural y vapor de agua a altas temperaturas.

En esos países, el uso del hidrógeno en lugar del gas natural es tema de debate. Algunas comunidades de los Estados Unidos han puesto en práctica el abastecimiento vehicular de hidrógeno de reformación.

En países como Costa Rica, donde no abunda el gas natural pero sí la energía solar y eólica, el hidrógeno se puede liberar del agua eléctricamente por la electrólisis. Este proceso está siendo explorado en nichos de mercado en Canadá, Japón, Europa y algunos estados de los Estados Unidos.

El proyecto de Ad Astra–Recope, suspendido por argumentos legales en su cuarta y última fase, alcanzó grandes logros en sus tres primeras, al entregarle al Estado, el 20 de diciembre del 2013, una planta experimental de producción y almacenamiento de hidrógeno de la más avanzada tecnología.

Antes de ser aprobados, los entregables fueron rigurosamente estudiados por el personal técnico y legal de Recope y ejecutados, paso a paso, a lo largo de tres años, dentro de un estricto marco de disciplina, transparencia y profesionalismo entre las partes.

El proceso abarcó el período de gestión de dos juntas directivas de la institución estatal. Todos los entregables, sin excepción, fueron terminados en las fechas previamente estipuladas y dentro de los costos presupuestados.

La planta, primera en la región centroamericana y tercera en Latinoamérica (después de Brasil y Argentina), produce hidrógeno por electrólisis de agua y lo almacena a presiones de 700 atmósferas (el estándar en la nueva industria).

El sistema integrado, localizado 10 km al oeste de la ciudad de Liberia en la provincia de Guanacaste, es propiedad de Recope y fue entregado en perfecto estado de operación y con todas las reglas de seguridad vigentes. Su última fase, suspendida en julio del 2014, incorporaría un dispensador de hidrógeno para vehículos y una fuente eólica para demostrar el suministro de electricidad renovable a la planta.

Las posibles aplicaciones del hidrógeno para el transporte van más allá de los vehículos privados, incluye el transporte masivo en buses, trenes y vehículos de servicio en almacenes y aeropuertos.

Empresas como Bridgestone, Procter & Gamble y FedEx, entre otras, han adoptado vehículos de hidrógeno para sus operaciones. La empresa Wal-Mart, por ejemplo, cuenta con más de 2.000 montacargas de hidrógeno en sus centros de operaciones, que reemplazaron todos los vehículos de baterías.

Escepticismo. Es natural que ante toda nueva tecnología haya escépticos que la rechacen. El hidrógeno no es una excepción. Pero antes de considerarlo una quimera, es importante valorar las cuantiosas inversiones de empresas como Toyota, Hyundai, GM, Honda, BMW, Mercedes Benz y muchas otras, así como sus cuidadosos estudios de mercado y pruebas de campo que se llevan a cabo desde hace varios años.

En 1997, Toyota hizo una apuesta calculada al introducir su pionero modelo híbrido Prius al mercado masivo. Las ventas exceden hoy los seis millones de autos y han estimulado la competencia de otras empresas con modelos similares.

El año entrante dos empresas debutarán con vehículos de hidrógeno: el Hyundai Tucson y el Toyota Mirai.

Honda y GM introducirán vehículos de hidrógeno en los próximos años. En Costa Rica, Purdy Motor desea introducir el Mirai al mercado nacional. Escepticismo o no, el desarrollo tecnológico sigue adelante. Vale la pena recordar algunas afirmaciones de expertos en tiempos pasados.

“Es dudoso que los aeroplanos puedan jamás cruzar el océano (…). El público ha, en gran medida, sobreestimado las posibilidades del aeroplano, imaginando que en otra generación podrán viajar a Londres en un día. Eso es manifiestamente imposible”, William Pickering, astrónomo, Harvard University, 1908.

“En opinión de expertos competentes, es ocioso buscar un futuro comercial para la máquina voladora. Hay y siempre habrá un límite en su capacidad para carga o pasajeros en forma general. Hay algunos, por supuesto, que argumentarán que porque una máquina pueda llevar dos personas otra podrá construirse que podrá llevar una docena. Pero aquellos que hacen esas afirmaciones no entienden la teoría de la sustentación en el aire”, W. J. Jackman y Thomas Russell, Flying Machines: Construction and Operation , 1912.

Con respeto a quienes diferirán e independientemente de las discusiones que se generen, nuestro equipo ve en el hidrógeno una oportunidad extraordinaria para Costa Rica.

El “crudo” solar y eólico es gratis y los fondos que se utilicen para producirlo en Costa Rica, lejos de volar a la OPEP, se quedarán en el país y producirían empleos nacionales y tecnología autóctona que es posible, incluso, exportar.

Después de 130 años, como continuación de la transformación orgánica y paulatina iniciada por Dengo y Batres, podremos visualizar la autosuficiencia energética y un horizonte verdaderamente libre de hidrocarburos que asegure a nuestros hijos y nietos vivir en un entorno más sostenible. El futuro ya llegó y Costa Rica ¡sí puede!

Franklin Chang Díaz es físico.