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Se ha publicado un nuevo estudio que demuestra que, por encima de cierto umbral, las emisiones de hidrógeno pueden reaccionar con la misma molécula responsable de descomponer el metano y provocar consecuencias climáticas durante décadas.
A menudo anunciado como el combustible limpio del futuro, las nuevas investigaciones sobre el hidrógeno sugieren que una infraestructura de hidrógeno con fugas podría acabar aumentando los niveles de metano en la atmósfera. El potencial del hidrógeno como combustible limpio podría verse limitado por una reacción química en la baja atmósfera, que tendría consecuencias climáticas durante décadas.
La investigación de la Universidad de Princeton y la Asociación Nacional Oceánica y Atmosférica se ha publicado en Nature Communications, en la que los investigadores modelizaron el efecto de las emisiones de hidrógeno sobre el metano atmosférico.
Esto se debe a que el gas hidrógeno reacciona fácilmente en la atmósfera con la misma molécula responsable principal de la descomposición del metano, un potente gas de efecto invernadero.
Si las emisiones de hidrógeno superan cierto umbral, es probable que esa reacción compartida provoque la acumulación de metano en la atmósfera, con esas consecuencias climáticas a lo largo de décadas.
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Matteo Bertagni, investigador postdoctoral del Instituto Medioambiental de High Meadows que trabaja en la Iniciativa de Mitigación del Carbono, ha declarado: "En teoría, el hidrógeno es el combustible del futuro. En la práctica, sin embargo, plantea muchos problemas medioambientales y tecnológicos que aún deben resolverse."
Bertagni es el primer autor de la investigación, en la que se descubrió que, por encima de cierto umbral, incluso cuando se sustituye el uso de combustibles fósiles, una economía del hidrógeno con fugas podría causar daños ambientales a corto plazo al aumentar la cantidad de metano en la atmósfera. El riesgo de daños se agrava en el caso de los métodos de producción de hidrógeno que utilizan metano como insumo, lo que pone de relieve la necesidad crítica de gestionar y minimizar las emisiones derivadas de la producción de hidrógeno.
Amilcare Porporato, catedrático del Instituto Medioambiental de High Meadows, señaló: "Tenemos mucho que aprender sobre las consecuencias del uso del hidrógeno, para que el cambio al hidrógeno, un combustible aparentemente limpio, no cree nuevos retos medioambientales". Porporato es investigador principal y miembro del Equipo de Liderazgo de la Iniciativa de Mitigación del Carbono y también es profesor asociado del Centro Andlinger de Energía y Medio Ambiente.
El detergente de la atmósfera, el radical hidroxilo
El problema se reduce a una molécula pequeña y casi imposible de medir conocida como radical hidroxilo (OH). A menudo apodado "el detergente de la troposfera", el OH desempeña un papel fundamental en la eliminación de la atmósfera de gases de efecto invernadero como el metano y el ozono.
El radical hidroxilo también reacciona con el hidrógeno gaseoso en la atmósfera. Y puesto que cada día se genera una cantidad limitada de OH, cualquier pico en las emisiones de hidrógeno significa que se utilizaría más OH para descomponer el hidrógeno, dejando menos OH disponible para descomponer el metano. En consecuencia, el metano permanecería más tiempo en la atmósfera, lo que prolongaría sus efectos sobre el calentamiento.
Según Bertagni, los efectos de un pico de hidrógeno que podría producirse al aumentar los incentivos gubernamentales para la producción de hidrógeno podrían tener consecuencias climáticas para el planeta durante décadas.
"Si ahora se emite algo de hidrógeno a la atmósfera, se producirá una acumulación progresiva de metano en los años siguientes. Aunque el hidrógeno sólo tiene una vida útil de unos dos años en la atmósfera, dentro de 30 años todavía tendremos la retroalimentación de metano de ese hidrógeno".
En el estudio, los investigadores identificaron el punto de inflexión en el que las emisiones de hidrógeno provocarían un aumento del metano atmosférico y, por tanto, socavarían algunos de los beneficios a corto plazo del hidrógeno como combustible limpio. Al identificar ese umbral, los investigadores establecieron objetivos para gestionar las emisiones de hidrógeno.
"Es imperativo que seamos proactivos a la hora de establecer umbrales para las emisiones de hidrógeno, de modo que puedan utilizarse para informar el diseño y la implantación de futuras infraestructuras de hidrógeno", afirma Porporato.
El umbral de riesgo del hidrógeno
En el caso del hidrógeno denominado verde, que se produce dividiendo el agua en hidrógeno y oxígeno mediante electricidad procedente de fuentes renovables, Bertagni afirma que el umbral crítico de emisiones de hidrógeno se sitúa en torno al 9%.
Eso significa que, si más del 9% del hidrógeno verde producido se filtra a la atmósfera, ya sea en el punto de producción, en algún momento del transporte o en cualquier otro punto de la cadena de valor, el metano atmosférico aumentaría en las próximas décadas, anulando algunos de los beneficios climáticos derivados del abandono de los combustibles fósiles.
Y en el caso del hidrógeno azul, que se refiere al hidrógeno producido mediante reformado de metano con posterior captura y almacenamiento de carbono, el umbral de emisiones es aún más bajo.
Dado que el metano es el principal insumo del proceso de reformado, los productores de hidrógeno azul deben tener en cuenta las fugas directas de metano, además de las de hidrógeno.
Por ejemplo, los investigadores descubrieron que incluso con un índice de fugas de metano tan bajo como el 0,5%, las fugas de hidrógeno tendrían que mantenerse por debajo del 4,5% para evitar el aumento de las concentraciones atmosféricas de metano.
"La gestión de las fugas de hidrógeno y metano será fundamental", afirma Bertagni. "Si se tiene sólo una pequeña cantidad de fugas de metano y un poco de fugas de hidrógeno, entonces el hidrógeno azul que se produce realmente podría no ser mucho mejor que el uso de combustibles fósiles, al menos durante los próximos 20 a 30 años".
Los investigadores subrayaron la importancia de la escala temporal en la que se considera el efecto del hidrógeno sobre el metano atmosférico. Bertagni afirmó que, a largo plazo (en el transcurso de un siglo, por ejemplo), el cambio a una economía del hidrógeno probablemente seguiría aportando beneficios netos al clima, incluso si los niveles de fugas de metano e hidrógeno son lo bastante elevados como para provocar un calentamiento a corto plazo.
Con el tiempo, las concentraciones atmosféricas de gases alcanzarán un nuevo equilibrio, y el cambio a una economía de hidrógeno demostrará sus beneficios para el clima. Pero antes de que eso ocurra, las posibles consecuencias a corto plazo de las emisiones de hidrógeno podrían provocar daños medioambientales y socioeconómicos irreparables.
Así pues, si las instituciones esperan cumplir los objetivos climáticos de mediados de siglo, Bertagni advirtió que las fugas de hidrógeno y metano a la atmósfera deben controlarse cuando empiece a desplegarse la infraestructura del hidrógeno.
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Hidrógeno: una molécula pequeña y muy difícil de controlar
Como el hidrógeno es una molécula pequeña que resulta muy difícil de controlar y medir, explicó que la gestión de las emisiones exigirá probablemente que los investigadores desarrollen mejores métodos de seguimiento de las pérdidas de hidrógeno en toda la cadena de valor.
Si las empresas y los gobiernos se toman en serio la inversión en el desarrollo del hidrógeno como recurso, tienen que asegurarse de que lo hacen de forma correcta y eficiente. En última instancia, la economía del hidrógeno tiene que construirse de forma que no contrarreste los esfuerzos de otros sectores para mitigar las emisiones de carbono.
Hay muchos "si" revelados con este tipo de investigación. El hidrógeno no se forma gratuitamente, ni siquiera con especial eficacia hasta ahora. El almacenamiento y el transporte están muy en el aire, con muchas ideas aparentemente buenas. Pero ninguna parece estar en esa zona 100% contenida.
En cuanto al consumo, se reflexiona poco sobre la volatilidad y el peligro de que el hidrógeno salga al mercado como producto de consumo.
Por último, ahora podemos ver que el hidrógeno liberado no va a salir inmediatamente hacia el espacio exterior. El primer modelo muestra un problema importante.
La naturaleza descubrió hace cientos de millones de años que el mejor almacén de energía del planeta es el hidrógeno unido al carbono. Hay una lección del pasado.
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