Hidrógeno en Colombia: evaluando el potencial de la agroindustria para una transición energética sostenible

Resumen

La idea de usar hidrógeno (H₂) como portador energético se remonta a los setenta; sin embargo, factores como el costo de las materias primas, su huella ambiental y limitantes tecnológicas, han frenado su introducción. Actualmente, más del 96% del H₂ proviene de fuentes no renovables como el gas natural (49%), hidrocarburos líquidos (29%) y carbón (18%). Aunque el uso o aprovechamiento del H₂ no genera GEI, durante su síntesis se pueden emitir entre 10 y 20 kgCO₂-eqv/kg H₂. La síntesis de H₂ por vía electrolítica, usando fuentes renovables de electricidad, conduce a emisiones próximas a 1 kgCO₂-eqv/kg H₂. Su desempeño ambiental y los bajos costos pronosticados para la electricidad y los sistemas de electrólisis, la convertirán en la alternativa dominante para el 2050; no obstante, se debe señalar que su rentabilidad técnica y sostenibilidad ambiental está ligada al grado de renovabilidad de la electricidad usada. Los informes presentados por la IEA y el IRENA, destacan que la transición energética será clave para reducir el impacto del cambio climático; no obstante, esta no resultará sencilla ni económica incluso para los países más ricos. Por tal motivo, resulta necesario estudiar rutas alternas y potencialmente aplicables en economías emergentes y con recursos renovables abundantes como la nuestra. El H₂ también puede ser producido a partir de residuos orgánicos, aguas residuales urbanas e industriales y subproductos agroindustriales por vía fermentativa y a temperatura y presión ambiente. Tomando como referencia azúcares simples (glucosa, xilosa, lactosa) presentes en la mayoría de industrias y recursos naturales del país, es posible generar entre 2.5-3.5 kmol H₂/kg azúcar; sin embargo, los resultados de laboratorio señalan la necesidad de emplear un proceso anaerobio complementario, el cual puede operar en serie o en paralelo, con el fin de mejorar la eficiencia energética del proceso y su robustez. Los modelos y los estudios de caso desarrollados sugieren que el metano (CH₄) generado puede ser usado para la generación de energía eléctrica requerida por el proceso o para su uso como materia prima para la producción de H₂ por reformado catalítico. La integración de la energía residual de otros procesos sugiere la posibilidad de obtener H₂ con una huella de carbono negativa, es decir, un producto que consume el CO₂ atmosférico. De igual forma, el uso de sustratos complejos como la vinaza de caña (2-3 kmol H₂/kg azúcar) y de residuos sólidos urbanos ponen de manifiesto el potencial de diversos subproductos agroindustriales para la síntesis de H₂ con huellas de carbono próximas o inferiores (-10 hasta 7 kgCO₂-eqv/kg H₂) a las reportadas por procesos convencionales sin comprometer la producción de alimentos o su costo. Finalmente, se debe señalar que en nuestro país se ha evidenciado la penetración a escala industrial de los procesos de producción de biogás (CH₄-CO₂) esto permitiría, además de producir H₂ y CH₄, dar lugar a mezclas combustibles potencialmente adaptables al mercado nacional como el hitano (H₂: 10%, CH₄: 50% y CO₂: 40%) que conducen a una combustion más limpia y eficiente a menores temperaturas.