Hidrógeno verde: el combustible de las estrellas para la agricultura del futuro

El hidrógeno verde puede ser un aliado para la producción de fertilizantes, responsable de casi el 9 % del consumo global de energía

La descarbonización del planeta se ha convertido en un objetivo prioritario para muchos países. Actualmente, diversas actividades económicas tendrán que implementar medidas de mitigación para reducir la intensidad de sus emisiones. Entre ellas se encuentra la producción y la transformación de los alimentos. 

El éxito de esta transición no solo depende de la innovación tecnológica, sino también de la voluntad política y del compromiso de los distintos sectores económicos. 

Las industrias más contaminantes, como la del transporte, la manufactura pesada y la producción de energía, deberán adoptar soluciones más limpias para reducir su huella de carbono. Esto implicará un cambio en las cadenas de suministro, la adaptación de infraestructuras y la redefinición de modelos de negocio.

Además, la población tendrá que cambiar sus hábitos diarios. Desde la movilidad hasta el consumo de productos y servicios, la sostenibilidad tendrá que integrarse en la vida cotidiana. 

Esto podría incluir una mayor adopción de vehículos eléctricos, la preferencia por productos con baja huella ambiental y una mayor eficiencia en el uso de recursos.

Debemos cambiar la forma de de producir y consumir mercancías y energía para alcanzar los objetivos medioambientales

Una de las principales fuentes de emisiones de gases de efecto invernadero es el consumo de energía, por lo que un eje clave para cumplir con estos objetivos es generar alternativas a las fuentes energéticas tradicionales.

En este contexto, el hidrógeno renovable, también conocido como hidrógeno verde, ha ganado relevancia como una opción viable y de futuro.

El combustible de las estrellas

El hidrógeno es uno de los elementos mayoritarios en el universo, siendo el combustible principal de las estrellas que ocupan nuestro cielo. 

Aunque no se encuentra en la misma cantidad en la Tierra, ya que supone solo el 0,14 % de la masa total del globo terráqueo. Lo que lo posiciona como el décimo elemento con mayor presencia.

El hidrógeno verde no es una fuente de energía en sí misma, sino un vector energético, ya que permite almacenar energía en el propio elemento. 

Este se obtiene principalmente mediante la electrólisis, un proceso que consiste en extraer las moléculas de hidrógeno presentes en el agua al hacer pasar una corriente eléctrica a través de ella. 

Una vez separados el hidrógeno y el oxígeno, ambos se almacenan en recipientes distintos, la energía queda retenida en el hidrógeno.

La electrólisis puede llevarse a cabo con cualquier fuente de energía, incluidas las renovables, lo que permite generar hidrógeno verde sin producir emisiones. 

Además, al actuar como un vector energético, el hidrógeno se convierte en una 'batería' ideal para almacenar el excedente de energía renovable que se produce de manera intermitente. 

Esto es especialmente útil, dado que la energía eólica y fotovoltaica tienen una producción estacional que no siempre coincide con la demanda energética.

Aunque este proceso de separación también puede realizarse mediante otros métodos, como la fotoelectrocatálisis, la técnica simplifica la electrólisis. 

En este proceso fotoquímico, se utiliza directamente la energía solar para impulsar la separación del hidrógeno de la molécula de agua. Para ello, es necesario utilizar un material fotoactivo.

Se estima que para 2050, la producción mundial de hidrógeno verde será de casi 250 megatoneladas por año. Además, su coste de producción se reducirá en gran medida y su precio será similar al obtenido por otros procedimientos. 

Producción global de hidrógeno y sus derivados para energía por método

Coste de producción del hidrógeno por método

¿Y qué hacemos con el hidrógeno almacenado?

La gran pregunta ahora es cómo obtener la energía retenida por el hidrógeno durante su separación. Existen dos vías: 

• Celdas de combustible: es el procedimiento más común y, además, el más eficiente. Se genera electricidad a partir de una reacción electroquímica. El hidrógeno separado en una fase ulterior se vuelve a combinar con el oxígeno en la celda, produciéndose electricidad durante el proceso. Se generan en él agua y calor. Este proceso es limpio, ya que solo emite vapor de agua, lo que lo convierte en una opción muy atractiva para aplicaciones sostenibles, como vehículos eléctricos de hidrógeno o generadores de energía.
• Combustión directa: el elemento también puede ser utilizado como combustible en motores de combustión interna o turbinas de gas. Al quemarse, se libera energía térmica que puede ser transformada en electricidad o utilizada directamente como calor. Aunque este proceso es menos eficiente que el uso de celdas de combustible y puede generar pequeñas cantidades de óxidos de nitrógeno (NOx), sigue siendo una opción válida para algunas aplicaciones industriales.

El procedimiento más común para obtener la energía almacenada en el hidrógeno verde son las celdas de combustible

Un aliado para la producción de fertilizantes

La energía es un insumo utilizado en la agricultura. Por lo que el hidrógeno verde es un aliado para su descarbonización. Principalmente, en la fabricación de los materiales usados la producción y la transformación de alimentos, como pueden ser los fertilizantes. 

Uno de los nutrientes más utilizados a nivel mundial para la producción de alimentos y fibras es el nitrógeno. De hecho, la productividad global de los cultivos depende en gran medida de este elemento. 

Sin embargo, su obtención lleva a un elevado consumo de energía, principalmente proveniente de combustibles fósiles, ya que estos son los más utilizados en su fabricación.

El proceso de Haber-Bosch es el método empleado para la producción de fertilizantes nitrogenados. Consiste en la síntesis de amoniaco a partir de nitrógeno e hidrógeno gaseoso. 

El amoniaco producido se utiliza posteriormente en la fabricación de diversos tipos de abonos nitrogenados, esenciales para la agricultura moderna.

Se requiere grandes cantidades de hidrógeno y energía para la fabricación de fertilizantes

El nitrógeno (N₂), que constituye el 78 % de la atmósfera terrestre, es una de las materias primas clave en este proceso. Sin embargo, romper el fuerte enlace triple de la molécula de N₂ y acelerar su reacción con el hidrógeno requiere una gran cantidad de energía. Para ello, es necesario aplicar condiciones extremas, con presiones de entre 150 y 200 atmósferas y temperaturas de entre 200 y 300 ºC.

La energía requerida para estas condiciones generalmente se obtiene de la quema de gas natural, tanto para la obtención del hidrógeno como la requerida durante la síntesis de amoniaco, lo que implica un elevado impacto ambiental. 

De hecho, la producción de amoniaco a través del proceso de Haber-Bosch consume cerca del 8,3 % de la energía utilizada a escala mundial en la producción de fertilizantes. 

El hidrógeno intensificará el verde de la agricultura

El elevado costo energético y ambiental de la producción de fertilizantes ha llevado a la búsqueda de alternativas más sostenibles, como el desarrollo de métodos de síntesis de amoníaco basados en fuentes renovables, lo que podría reducir significativamente la dependencia de combustibles fósiles en este proceso clave para la seguridad alimentaria global. 

Aquí el hidrógeno verde se posiciona como una alternativa, tanto para suministrar el elemento requerido para fabricar el amoniaco como para el suministrar la energía necesaria para la síntesis del compuesto. De hecho, ya está siendo utilizado por algunas empresas para la producción de amoniaco. 

Por ejemplo, la empresa noruega Yara, productora de abonos, impulsa el Proyecto Yuri en colaboración con Engie y Mitsui para la producción de compuestos nitrogenados con el citado elemento.

El Proyecto Yuri es un ejemplo real del uso del hidrógeno verde en agricultura

El plan incluye la instalación de un electrolizador de 10 MW, alimentado por 18 MW de energía solar fotovoltaica y apoyado por un sistema de almacenamiento de energía de 8 MW, para generar hasta 640 toneladas de hidrógeno renovable destinado a la planta de amoníaco de Yara en Karratha.

En España también existen iniciativas que persiguen dicho objetivo. PepsiCo y Fertiberia preparan un proyecto piloto para la producción de fertilizantes nitrogenados para el cultivo de la patata a base de hidrógeno verde. Con ello estiman que podrán reducir en hasta un 15 % las emisiones de dicho cultivo.

Este tipo de proyectos e iniciativas tienen una gran importancia, pues facilitan la descarbonización de la agricultura, ya que la producción de abonos sintéticos puede suponer hasta el 55 % de las emisiones procedentes de la producción de alimentos y fibras de origen vegetal cosechados. En muchas ocasiones, los gases de efecto invernadero pueden liberarse a la atmósfera en lugares diferentes a donde se encuentran los centros agrícolas. 

Por otro lado, el hidrógeno verde puede tener otras aplicaciones en la agricultura, similares a las identificadas en otras actividades económicas. 

Por ejemplo, al ser una 'batería' ideal para el almacenamiento de los excedentes de energía procedentes de fuentes renovables, este elemento puede suministrar energía limpia en horas en las que no hay producción, como las horas valle, utilizando fuentes como la fotovoltaica. Además, puede ser utilizado en otros momentos del día. 

¿Quién nos dice que no podamos ver en el futuro algún tipo de maquinaria agrícola que utilice el hidrógeno verde en combustión directa?