Ya se acerca el fin de la era de la economía basada en la energía fósil. Sabemos muy bien que este recurso natural no es renovable y que más temprano que tarde, tiene que agotarse. El hombre había encontrado en el subsuelo esta fuente de energía barata, y con ella hizo posible el fantástico desarrollo de la economía del siglo recién pasado. Se trata de un recurso que a la naturaleza le tomó miles de millones de años producirla y acumularla, pero el hombre la ha estado consumiendo a un ritmo cada vez más acelerado.

Los optimistas piensan que las reservas de petróleo, sumando las conocidas y las por conocerse, podrían satisfacer el consumo mundial por los próximos 40 años. Por el contrario, los pesimistas (con buenas razones), piensan que no es así. Según ellos, muy pronto comenzará a sentirse su escasez, con el consiguiente incremento de los precios, lo que necesariamente llevaría a una irreversible crisis económica mundial (Creces, Diciembre 1988, pág. 27). Según afirma el geólogo Colin Campbell, estamos en una etapa en que el ritmo de descubrimientos de nuevas reservas de petróleo se está haciendo cada vez más difícil. "En la actualidad, los nuevos descubrimientos sólo satisfacen la cuarta parte del petróleo que actualmente el mundo está consumiendo" (New Scientist, Julio 1999, pág. 49). Por otra parte, los cálculos permiten afirmar que de mantenerse el acelerado consumo actual, para el año 2020, el gasto mundial se incrementaría en un 60%. En este momento, el mundo está consumiendo la fantástica suma de 113 millones de barriles diarios (cada barril contiene 159 litros). Años más, años menos, todo indica que el fin del petróleo está cerca.

Esta es la mala noticia. La buena es que si se acaba el petróleo, se detendrá el incremento de CO₂ atmosférico, que está aumentando la temperatura de la Tierra mediante el llamado "efecto invernadero". Bien sabemos de la preocupación por el incremento de temperatura, con las consecuencias que de ello se derivan en el futuro inmediato (El efecto invernadero). La principal causa de ello ha sido la excesiva emisión de CO₂ por los motores de combustión interna. Si se termina el petróleo, habrá terminado la era de los motores a combustión de gasolina y petróleo y al menos por esta causa, no continuaría aumentando la temperatura de la Tierra.

Es cierto que el transporte es el sector que más consume petróleo en el planeta, pero la búsqueda de un sustituto es urgente no sólo para mantener los automóviles, sino también para nuestra propia sobrevivencia. ¿Qué será por ejemplo, de los más de 6.000 millones de habitantes que necesitan alimentarse? Si hasta ahora ha sido posible producir todos los alimentos necesarios, se ha debido fundamentalmente a que disponemos de una fuente de energía barata (Expectativas de alimentación en el siglo XXI). Así el desafío es doble: encontrar una fuente de energía barata y que al mismo tiempo sea limpia.

Según los expertos, el hidrógeno parece ser la mejor opción. Este es el elemento más abundante en la Tierra y el más liviano en la tabla periódica. Además, es limpio. Ya Julio Verne decía en 1874, en su libro "La isla Misteriosa", que cuando se extinguiera la fuente de energía fósil, el hidrógeno lo reemplazaría. "Es inextinguible y será la fuente de calor y luz". ¡Todo parece indicar que ha llegado la hora de concretar el uso de este combustible!, pero ello tiene sus bemoles (New Scientist , Noviembre 22, 2000, pág. 36).


El miedo al hidrógeno y las etapas necesarias para lograr su utilización

Algunos industriales piensan que almacenar hidrógeno en reservorios o en los estanques de los automóviles, sería demasiado peligroso. Es que aún está presente el recuerdo del desastre del zeppelin Hindenburg, que se incendió en el año 1937 y que costó la vida de 35 personas. Sin embargo, el causante de la desgracia no fue el hidrógeno, sino el material inflamable de su estructura externa (Vuelven los grandes zeppelines).

Todos olvidamos que la gasolina que llevamos en los estanques de nuestros automóviles es, en realidad, un peligroso explosivo líquido. Como el hidrógeno es inflamable. Pero este último, a diferencia de la gasolina, cuando está en un espacio confinado, requiere de mucho oxígeno para inflamarse. Además el hidrógeno tiene la ventaja que se disipa muy rápidamente. Es por estas razones que el hidrógeno es mucho menos peligroso que la gasolina.

Pero para llegar a su utilización en las cantidades que se requiere, previamente hay que resolver diversos problemas. El primero es aclarar de dónde se obtendría el hidrógeno. La fuente puede ser el mismo petróleo, el gas natural, el metanol producido por la fermentación de la biomasa o finalmente del agua (H₂O). Luego hay que decidir cómo almacenarlo y distribuirlo. Finalmente, cómo utilizarlo.


¿Cómo y dónde producirlo?

El ideal para producir hidrógeno es una metodología que no produzca CO₂. Así por ejemplo, producir a partir del petróleo, en definitiva sería tan contaminante como lo es el petróleo en la actualidad, ya que la emisión final sería el mismo CO₂. Si se decide producirlo a partir del metanol, la producción de CO₂ se reduciría en un 25%. Si es a partir del gas natural, se rebajaría en un 40%. Si se piensa producirlo utilizando el gas metano generado como biogas de las plantas, la producción de CO₂ sería neutra. El ideal sería lograr producirlo por hidrólisis del agua, ya que además de ser este recurso muy abundante, el producto final de la utilización del hidrógeno vuelve a ser sólo agua.

Para extraer el hidrógeno del agua, habría que someter a ésta a un proceso de hidrólisis, que separara el oxígeno del hidrógeno (H₂O). El problema está en que para realizar la hidrólisis, se requiere de electricidad. Esta puede generarse a partir del petróleo, pero sería volver a la misma fuente contaminante, que por lo demás comienza a agotarse.

Otra posibilidad de producir la electricidad necesaria para la hidrólisis del agua, es aprovechando fuentes no contaminantes, como son la energía hidroeléctrica o geotérmica. Los países que disponen de este recurso evidentemente serán los privilegiados.

En este caso, la utilización de la energía hidroeléctrica, no necesariamente requeriría de grandes represas que almacenen agua para asegurar la producción de electricidad en forma constante, ya que al producir hidrógeno por hidrólisis del agua, éste se puede acumular. Según lo dicte la naturaleza, en los momentos de abundancia de agua, se generaría electricidad, cuya energía se acumularía en forma de hidrógeno. De este modo, los grandes embalses se podrían reemplazar por un sistema de producción intermitente de energía eléctrica, aprovechando directamente el agua que corre torrentosamente en un río. Los países beneficiados con un sistema hidrológico adecuado, centrarían el negocio, no en vender electricidad, sino que en vender hidrógeno. No sería necesario entonces, construir grandes represas para almacenar el agua, con lo que se eliminaría una de las mayores dificultades actuales de la generación de energía por plantas hidroeléctricas. En este sentido, nuestro país tiene grandes posibilidades.

Con iguales fines, también podría utilizarse la energía geotérmica, que corresponde a la energía calórica contenida en el interior de la Tierra, que se transmite por conducción térmica hacia la superficie. Es un recurso parcialmente renovable y de alta disponibilidad. Tal es el caso de los Geiser del Tatio en nuestro país.

Otros han pensado en utilizar las fuentes de energía natural renovable, como es el caso de la energía solar o la energía eólica. Habría que ubicar grandes zonas privilegiadas para captar la suficiente energía solar (ver cuadro 1) o la energía eólica, y hacer las cuantiosas inversiones económicas necesarias para disponer de esta infraestructura. También en este caso, al ser posible acumular la energía producida como hidrógeno, no sería problema que la producción de electricidad fuera intermitente. Se eliminaría así un problema de la escasez temporal de viento o de la disminución de la captación de energía solar (las noches o días nublados).

Investigaciones más recientes parecen indicar que también sería posible producir hidrógeno a partir del agua aun sin necesidad de someterla a una hidrólisis, con lo cual no se necesitaría electricidad. Se ha pensado en procesos que imitan la fotosíntesis, que separa enzimáticamente el hidrógeno del oxígeno. Se podría producir a partir de la glucosa, a la que se extrae una molécula de hidrógeno. Las enzimas que se utilizarían provienen de dos microorganismos que pertenecen a un grupo denominado Archaebacteria. Se trata de la "Thermoplasma acidophilum" (El hidrógeno sería el combustible). Otros métodos que se están desarrollando, utilizan calor o partículas de alta energía, o por último usando bacterias genéticamente modificadas. Hasta ahora se ha tenido éxito, pero sólo a nivel de laboratorio. En este sentido, aún queda mucho que investigar.


¿Cómo almacenar el hidrógeno?

Para almacenar el hidrógeno también hay problemas previos que resolver. Se trata de un gas y para almacenarlo a la presión atmosférica se requeriría de un estanque 3000 veces más grande que para un estanque de gasolina de igual poder energético. Podría comprimirse y licuarlo, pero para mantenerlo y transportarlo como líquido, hay que hacerlo a una temperatura de -253°C. Esto es caro y peligroso, ya que basta que unas gotas caigan en la piel para que produzca una profunda quemadura. Para solucionar este problema, se ha desarrollado un robot que ubica el estanque del automóvil mediante un láser. El robot destapa el estanque, lo llena y lo vuelve a tapar. El proceso toma tres minutos y evita el contacto humano y por lo tanto el riesgo de daño al despachador. El estanque debe ser reforzado, al punto que el hidrógeno representa sólo el 7% del peso del mismo. Ello no es problema para los buses o camiones, pero limita su uso en los automóviles. El primer robot ya se puso en uso en Mayo de 1999 en el Aeropuerto Internacional de Munich. Allí abastece a una flota de 15 automóviles BMW, que usan el hidrógeno como combustible, para el transporte de pasajeros entre el aeropuerto y las oficinas de la BMW.

La BMW visualiza que para el año 2005 habrá estaciones de servicio para llenar el estanque con hidrógeno en todas las capitales europeas. "Esperamos que para el año 2020, más de un tercio de los BMW estarán propulsados por hidrógeno", afirma Joachin Milberg, gerente de BMW.

Otra idea ha sido almacenar el hidrógeno entre átomos de metal granular. Cuando algunos metales se calientan, absorben hidrógeno hasta mil veces su propio volumen. Al enfriarlo, el hidrógeno queda atrapado, pero si se calienta, vuelve de nuevo a liberarse, lo que se puede lograr usando el mismo calor del motor.

Se ha ensayado también incluir el hidrógeno en nanotubos de carbón, que absorben un átomo de hidrógeno por cada dos átomos de carbono. Pero de nuevo esto significa que sólo el 4% de su peso es hidrógeno. En otra tecnología se usan nanofibras de grafito, que sería 10 veces mejor que licuar el hidrógeno (New Scientist, Diciembre 21 1996, pág. 20). Thorsteinn Sigfusson, Director del programa "New Energy" de Irlanda, afirma que el almacenamiento del hidrógeno es el problema número uno para llevar adelante el programa, y que confían mucho en el desarrollo de la tecnología de nanofibras que se está estudiando.


Como usar el hidrogeno. Celdas de combustible

Ya en las ciudades de Vancouver y Chicago corren por las calles buses propulsados por hidrógeno producido a partir de combustibles convencionales. En Irlanda se espera hacer lo mismo para el año 2005, pero con hidrógeno obtenido por hidrólisis del agua, aprovechando la energía eléctrica, basándose en su gran potencial geotérmico e hidroeléctrico ((fig. 1)

La fábrica alemana BMW ha diseñado un motor de combustión interna que quema hidrógeno, ya que asegura que es la única forma de mantener la fuerza y aceleración semejante al automóvil actual. El hidrógeno proporciona 150 caballos de fuerza y una velocidad de hasta 210 kilómetros por hora.

Pero ahora ha surgido otra forma indirecta de usar el hidrógeno como combustible. Se trata de las celdas de combustible alimentadas con hidrógeno, que producirían electricidad. Estas son dispositivos electroquímicos, que en lugar de separar el hidrógeno y el oxígeno del agua, los combinan para producir electricidad, con un solo elemento residual: agua ciento por ciento pura (ver recuadro). A diferencia de una batería, la celda de combustible no se agota ni requiere de recarga. Hoy existen automóviles eléctricos movidos por baterías. A diferencia de ellos, los movidos por celdas de combustible tendrían un mayor rango y no requerirían del largo tiempo de recarga. Requieren sí, de hidrógeno y oxígeno. Este último lo obtienen del aire.

Los antecedentes de las investigaciones que han permitido el desarrollo de las celdas de combustible se remontan al año 1839, año en que William Grove demostró que la unión electroquímica de hidrógeno y oxígeno generaba electricidad. El interés por el fenómeno surgió a comienzos de los años 60, cuando el programa espacial de los Estados Unidos requirió celdas de combustible para producir electricidad dentro de las naves espaciales, en lugar de los riesgosos generadores nucleares y la entonces costosa energía solar. Fueron celdas de combustible las que proporcionaron electricidad y agua a las naves Gemini y Apolo.

Hasta hace poco, su uso en el transporte, se veía limitado por su gran tamaño y peso, necesarios para generar suficiente electricidad como para propulsar un automóvil. Ha sido durante la última década, cuando una pequeña compañía canadiense (Ballard Power Systhem de Vancouver) logró mejorar sustantivamente su poder en relación con su volumen. Antes de esto, las celdas de combustible entregaban 160 watts por litro. Un automóvil para ser propulsado en esas condiciones tenía que sacar el asiento trasero y ocupar también la maleta para llevar un enorme bulto constituido por celdas. Hace cinco años, Ballard consiguió 1000 watts por litro. Con este progreso, por primera vez se pudo colocar estas celdas debajo del chasis. Con los avances más recientes, ahora las celdas energéticas entregan 1300 watts por litro, lo que hace posible disponer de un motor de 75 kilowatts, cuya celda, de un tamaño apropiado, queda confortable dentro del automóvil. Por otro lado, existe ahora la posibilidad de producir hidrógeno en la casa, con lo cual se podrían cargar las celdas durante la noche (fig. 2 y 3).

"Pronto las celdas energéticas estarán en los caminos", dice Paul Lancaster Vicepresidente de Ballard. Ellas estarán en los automóviles fabricados por la Ford, General Motors, Toyota, Dainler Chrysler, Nissan y Honda (fig. 4).

Ferdinand Panik, director del proyecto DaimlerCrysler en Alemania, afirma que para el año 2020 las celdas energéticas estarán moviendo los automóviles en todo el mundo. Incluso esto podría ocurrir antes, dado que las compañías petroleras están apoyando el proyecto. Shell le dio su bendición cuando Don Huberts, Director ejecutivo de Shell Hydrogen en Amsterdam predijo que el hidrógeno va a ser el combustible número uno en el mundo.

Estas celdas emiten sólo vapor de agua. Pero si la producción de hidrógeno necesario para alimentarlas se hace quemando carbón o petróleo, no se puede considerar que el sistema sea limpio. El éxito sería completo si el hidrógeno se produjera por hidrólisis del agua. Pero ello requiere de electricidad. A su vez, el ideal sería que la electricidad se produjera por fuentes renovables y no contaminantes, como la energía hidroeléctrica o geotérmica, o mejor aun, aprovechando la energía solar o la eólica, lo que es perfectamente posible.

Todo parece indicar que otra vez la inventiva humana está siendo capaz de sortear una difícil situación. "Cuando las circunstancias nos parecen llevar a un callejón sin salida, es cuando se dan las mejores oportunidades para encontrar una solución", afirmaba John Kennedy.

Ya estas celdas se están ensayando tanto para ser utilizadas en computadoras portátiles, teléfonos celulares, plantas generadoras para uso doméstico y obviamente también para propulsar automóviles. Todo parece indicar que podrían reemplazar a los motores de combustión interna, y de paso liberarnos del fatídico pronóstico del calentamiento de la Tierra. Islandia es el primer país que se ha propuesto como meta, que en los próximos años todo fuera movido por energía proveniente del hidrógeno, y parece estarlo consiguiendo.