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El paso de la combustión convencional a la economía del hidrógeno.

Optimización de la explotación de los combustibles fósiles hacia emisiones cero en CO₂

J.M.Martínez-Val Piera
Ingeniero de Minas
M.Sc. Colorado School of Mines
Fundación para el Fomento de la Innovación Industria

Quinta parte. (5 / 6)

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5.
Análisis económico-ambiental

La disponibilidad de nuevas tecnologías por lo general abre nuevas perspectivas, no siempre fáciles de aquilatar económicamente, pues se dan muchas incertidumbres sobre las prestaciones reales que las tecnologías emergentes pueden realmente aportar. En tal sentido, en la alternativa propuesta hay dos campos tecnológicos cuyo desarrollo condicionaría la viabilidad del modelo propuesto. Los dos campos son:

-          las pilas de combustible

-          la captura y secuestro de CO₂

A su vez, el nivel de maduración de cada uno de ellos es muy diferente. Las pilas de combustible han experimentado un desarrollo tecnológico durante decenios, contando clientes tan exigentes como los viajes astronáuticos. Entre las pilas se han ido abriendo paso media docena de familias, con intereses de aplicación en campos muy diferentes. Para la automoción, posiblemente las PEM (de membrana polimérica) sean los candidatos idóneos (49-51), pero incluso eso es prematuro, pues las investigaciones sobre pilas han recibido en estos últimos tres años un empujón importantísimo tanto en Estados Unidos como en la Unión Europea. Es de esperar que ello conduzca a pilas más baratas y de más larga duración. Para ello no hay más remedio que persistir en la investigación y avanzar en la curva de aprendizaje, hasta llegar verdaderamente a las economías de escala. Hoy por hoy, el precio de las pilas (en el entorno de 5.000 €/kW) hace imposible prever su verdadera competitividad, pero el avance en los aspectos antedichos (curva de aprendizaje y economía de escala) podría reducir ese valor por 100 en los próximos 10-15 años (49-53).

A ello habría que añadir el problema de la durabilidad y la flexibilidad de prestaciones de los vehículos eléctricos. Los motores de gasolina tienen rendimientos muy bajos, pero una gran capacidad de cambio de régimen, por ser explosivos. Las pilas no podrán tener reacciones explosivas, pero en ello pueden coadyuvar supercondensadores eléctricos, que almacenan energía, para entregarla en las solicitaciones de aceleración.

Con los datos existentes, que varían apreciablemente de un año a otro, pues aparecen nuevos prototipos de coches de hidrógeno con notoria frecuencia, no es riguroso intentar efectuar una comparación entre los vehículos con motor de combustión interna y los de pila de hidrógeno, más motor eléctrico. No obstante, dentro de la iniciativa norteamericana hacia la Hydrogen Economy (20), el programa "Freedown Car" es uno de los más emblemáticos, y ya se ha mencionado que casi todos los grandes constructores de vehículos del mundo tienen prototipos, habiendo hecho alguno de ellos exhibiciones públicas durante miles de kilómetros a través de Europa, en el año 2004.

Lo que sí queda claro es que en la alternativa aquí estudiada, sería posible la captura y secuestro del CO₂, lo que sí representaría verdaderamente un alivio contra el incremento del efecto invernadero.

La preocupación ante este efecto y su incidencia en el cambio climático ha llevado a decisiones como el Protocolo de Kyoto y la Directiva Europea de Comercio de Emisiones de Gases de Efecto Invernadero, que en realidad constituyen una manera de internalizar costes ambientales, que anteriormente no afectaban a las actividades con consumo de energía por combustión (directa o indirecta, como puede ser el caso de la electricidad).

Asignar un precio a la tonelada de CO₂ emitida es en cierto modo un ejercicio subjetivo, pues aún no se cuenta con una contabilidad ambiental rigurosa, al ser muy difícil en este campo establecer relaciones de causa-efecto. No obstante, se barajan datos en el margen 20 a 40 €/tonelada, lo que en cierto modo se adecua (o intenta adecuar) a unos porcentajes de los costes energéticos actuales (previos a la internalización de los costes ambientales) de tal manera que sean significativos, pero no distorsionen tanto el mercado como para producir una hecatombe económica.

Para valorar el impacto socioeconómico de este coste ambiental, téngase en cuenta que por cada tonelada de petróleo (o derivados) que combustione, se producen algo más de 3 toneladas de CO₂. Si a la emisión a la atmósfera se le asocia un coste de 30 €/tonelada, eso significa que por cada 7 barriles de petróleo (1 tonelada en números redondos) se tendría que añadir un coste de 90 €, es decir, unos 13 €/barril. Para precios de barril en el entorno de los 30 $, ello significaría aproximadamente un 45% de sobrecoste. Con barriles a 50 $, el sobrecoste sería de un 33% aproximadamente.

Medido en precio de venta al público (después de impuestos) el efecto es mucho menor, pues se imputaría el sobrecoste de 30 €/tonelada de CO₂ a lo equivalente a 400 litros de gasolina (es decir, próximo a 400 €, y por tanto, menor que un 10%).

Por lo que respecta a la captura y secuestro de CO₂, desde la adopción del Protocolo de Kyoto (1997) a hoy día, se han formulado varias posibilidades para su confinamiento, desde las suboceánicas a los acuíferos salinos, aunque las minas y yacimientos abandonados de hidrocarburos serían la opción menos agresivas ambientalmente (31,36). 

A la captura y secuestro se le pueden asociar dos tipos de coste: los de las inversiones del equipo correspondiente, y el gasto de energía para su confinamiento, pues en general habría que presurizar el CO₂ para licuarlo, transportarlo e inyectarlo.

El coste debido al consumo de energía es sin duda el más importante, y se ha estimado entre un 10 y un 20% de la energía generada por la propia combustión del CO₂. Sin embargo, esta cifra puede reducirse significativamente en la alternativa propuesta, por una razón fundamental: aproximadamente la mitad del H₂ generado no procede del hidrocarburo, sino del agua. Aunque ello exige quemar en el horno cierta cantidad de hidrocarburo adicional al reformado, aun así la economía del hidrógeno se beneficia de esta reacción. En tal sentido, aunque las cifras no pueden considerarse concluyentes, el coste de la captura y confinamiento del CO₂ podría quedar ahorquillado entre el 8 % y 15% del coste energético puesto en juego de manera útil.

Para valorar las dificultades de esta tecnología se ha de tener en cuenta que el CO₂ es gas en condiciones normales, y su temperatura crítica es de 31 ⁰C (y por tanto, licuable por debajo de esa temperatura, lo que resulta muy ventajoso para su confinamiento subterráneo o submarino). Sin embargo, su presión crítica (a la que se licua a 31 ⁰C) es de 73 atm y la densidad en esas condiciones es de 0,12 kg/litro. Por otro lado, su temperatura de condensación a 1 atm es de 79 ⁰C bajo cero, y tiene una densidad en líquido de 1,56 kg/litro.

Para el almacenamiento subterráneo haría falta presurizarlo alrededor de 50 atm. Para el submarino harían falta presiones mayores (por encima de 100 atm) pues de lo contrario su densidad sería menor que la del agua. Aunque la opción suboceánica presenta cierta debilidad desde el punto de vista medioambiental, representa sin embargo una solución que se esparciría en vastísimas extensiones, en zonas muy alejadas de la biosfera, pues caería a fosas de 5.000 metros o más de profundidad.

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