Del Petróleo al Hidrógeno: Una Aspiración Con Grandes Posibilidades Para Costa Rica. Franklin R. Chang Díaz Houston, 5 de agosto del 20151

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1 Del Petróleo al Hidrógeno: Una Aspiración Con Grandes Posibilidades Para Costa Rica Franklin R. Chang Díaz Houston, 5 de agosto del Hace más de 130 años Manuel Víctor Dengo y Luis Batres iluminaron la ciudad de San José con luz eléctrica convirtiéndola en una de las pocas ciudades del mundo en comenzar a liberarse del canfín para su iluminación. Con ello, nuestros antepasados desafiaron toda lógica posible si se considera el tamaño y la humildad que caracterizaban a nuestra ciudad capital por aquellos tiempos. Pero este evento no es el único; a lo largo de nuestra historia hemos tenido personas y grupos que, pensando sin complejos ni limitaciones, nos han puesto en el mapa del mundo como una sociedad pionera e innovadora. Hoy, una vez más, a pesar de ser un país pequeño, no solo tenemos derecho, sino obligación de soñar y comprometernos a trabajar en la búsqueda de nuestra autosuficiencia energética que, aunque la tenemos en generación eléctrica, no la tenemos en el sector transporte. En los últimos años, como parte del convenio que se dio entre Ad Astra y Recope, nuestro equipo ha estado trabajando en una alternativa que encontramos de valor extraordinario y que está basada en una transición paulatina del petróleo, una fuente de energía importada, al hidrógeno, un combustible limpio que podemos producir en su totalidad en nuestro país. Varios países desarrollados han elegido esta dirección, con base en nuevos avances tecnológicos, reducción de costos y preocupación por el impacto ambiental de los hidrocarburos (ver mapa). Se trata de una estrategia novedosa que para Costa Rica implicaría un proceso de transformación profunda que, no será ni fácil ni rápido y requerirá de importantes inversiones en infraestructura, pero que, al final del día, nos liberaría de un modelo, también costoso y contaminante, basado en combustibles fósiles y 1 Publicado en el periódico La Nación el domingo 06 de setiembre del

2 con la desventaja adicional que siempre tendríamos que importar la energía en forma de petróleo crudo. Los costarricenses no deberíamos negarnos la posibilidad de aspirar a ello. Mapa mundial de estaciones de hidrógeno (fuente: Los datos respaldan esta idea. Costa Rica consume alrededor de TJ (terajulios) de energía al año o 3, kwh. (1 TJ equivale a kwh). De ese total, el consumo eléctrico es menos del 30%. Decimos con orgullo que nuestro país genera más del 90% de su energía con fuentes renovables. Eso es cierto si hablamos solo de electricidad. Desafortunadamente, el mayor consumo energético de los costarricenses siguen siendo los hidrocarburos empleados para el transporte vehicular, alrededor de TJ que quemamos cada año en nuestras congestionadas carreteras (ver gráfico). Consumo final (TJ) de energía secundaria en Costa Rica (fuente: Recope) 2

3 Utilizando solamente sus recursos eólicos y solares, Costa Rica podría producir suficiente hidrógeno para alimentar la totalidad de sus necesidades de transporte. Recientes estimaciones de nuestro grupo en colaboración con expertos del Laboratorio Nacional de Energía Renovable de los Estados Unidos (NREL, por sus siglas en inglés) indican que el potencial eólico del país es mayor que el solar, pero juntos suman un valor de más de TJ, suficiente para reemplazar a los hidrocarburos. Las estimaciones que generan esos números se han hecho con abundancia de conservadurismo. Es probable que un estudio más extenso revele números aún más persuasivos. El hidrógeno no es un biocombustible ni tampoco es un hidrocarburo, aunque ambos contienen hidrógeno. El hidrógeno es el elemento más simple, liviano y abundante que conocemos. En la Tierra, se encuentra siempre ligado a otros elementos, como el carbono y el nitrógeno en los hidrocarburos (petróleo, gas natural) y en las plantas y animales (biomasa) o directamente al oxígeno en el agua. Por eso, para usar el hidrógeno éste debe primero liberarse, lo cual requiere energía. Es ahí precisamente donde está su valor, porque la energía que se utiliza para liberarlo de sus compuestos se recupera en parte y es utilizable cuando el hidrógeno se recombina nuevamente con el oxígeno del aire para producir agua pura. Por lo anterior, el hidrógeno no es una fuente de energía en nuestro planeta (hasta que logremos la fusión termonuclear controlada), sino una forma de almacenar energía, un vector energético. Kilo por kilo, el hidrógeno almacena la mayor cantidad de energía de todos los combustibles. Sin embargo, la desventaja del hidrógeno como medio de almacenamiento de energía es su baja densidad, por lo que hay que comprimirlo o licuarlo. Eso requiere energía adicional. No obstante, aún con ese impuesto energético, el hidrógeno proveniente de fuentes solares y eólicas, retiene su atractivo y continúa ganando terreno en la composición de la matriz energética de los países desarrollados, en especial aquellos que carecen de fuentes domésticas de combustibles fósiles. 3

4 Estación de abastecimiento de hidrógeno en Torrance, California, dos vehículos llenan sus tanques de hidrógeno en 5 a 10 minutos. Panel dispensador (arriba, izquierda) muestra el costo de un servicio de llenado completo (fuente: Ad Astra Rocket Company) En un vehículo eléctrico alimentado por celdas de hidrógeno (FCEV, por sus siglas en inglés), el hidrógeno en el tanque del automóvil se combina con el oxígeno del aire para producir la electricidad que mueve al vehículo y vapor de agua que se desecha. La huella de carbono es cero. Los vehículos de hidrógeno modernos utilizan hidrógeno comprimido a presiones de 350 a 700 atmósferas (~5.000 a psi). Un kg de hidrógeno contiene aproximadamente la misma energía que un galón (3,8 litros) de gasolina. Los vehículos de hidrógeno como el Toyota Mirai o el Hyundai Tucson almacenan ~5 kg de hidrógeno en sus tanques, lo que les proporciona un rango del orden de 450 km (equivalente a ~24 km/litro, rendimiento poco común en un vehículo de gasolina). Ese rango también es superior al de un vehículo eléctrico de baterías con la ventaja adicional que el tanque de hidrógeno se llena en ~5 a 10 minutos, comparado con la carga completa de una batería, la cual requiere varias horas. En el mercado doméstico de hidrógeno vehicular en los Estados Unidos, el costo al consumidor de un kg de hidrógeno entregado al tanque de un vehículo es de aproximadamente $5,0, el costo aproximado en Costa Rica de un galón de gasolina. Sin embargo, el rango del vehículo de hidrógeno por ese precio, comparado con el de gasolina, es más del doble. En otras 4

5 palabras, el costo por kilómetro se reduce a menos de la mitad. Además, el hidrógeno nos libera de la dependencia de hidrocarburos provenientes del extranjero y del costo de importarlos. En países donde abunda el gas natural, el hidrógeno se libera por medio de un proceso de reformación que combina gas natural y vapor de agua a altas temperaturas. A primera vista, en esos países, el uso del hidrógeno de reformación para el transporte vehicular no parece ser atractivo, ya que el mismo gas natural se puede utilizar directamente en vehículos de combustión interna. Sin embargo, hay consideraciones adicionales que nutren el debate, como la eficiencia de reformación combinada con la eficiencia de las celdas de hidrógeno, comparado con la eficiencia de un vehículo de combustión interna. Además, pequeñas pero inevitables fugas asociadas con el manejo en gran escala del gas natural (metano), uno de los gases con mayor impacto ambiental por su fuerte contribución al efecto invernadero, podrían contribuir a acelerar el calentamiento global. En varias comunidades de los Estados Unidos, como California y Connecticut, se han implementado estaciones de abastecimiento vehicular de hidrógeno proveniente de la reformación del gas natural. En países como Costa Rica, donde no abunda el gas natural pero sí la energía solar y eólica, el hidrógeno se puede liberar del agua eléctricamente por un proceso llamado electrólisis. Ese proceso está siendo explorado en nichos de mercado en Canadá, Japón, varios en Europa y algunos estados de los Estados Unidos. El proyecto de Ad Astra Recope, suspendido por argumentos legales en su cuarta y última fase, alcanzó grandes logros en sus tres primeras, entregándole al estado el 20 de diciembre del 2013, una planta experimental de producción y almacenamiento de hidrógeno de la más avanzada tecnología. Antes de ser aprobados, sus entregables fueron rigurosamente estudiados y valorados por el personal técnico y legal de Recope y ejecutados, paso a paso, a lo largo de tres años, dentro de un estricto marco de disciplina, transparencia y profesionalismo entre las partes. El proceso abarcó el período de gestión de dos juntas directivas de la institución estatal. Todos los entregables sin excepción, 5

6 fueron logrados en las fechas previamente estipuladas y dentro de los costos presupuestados. La planta, capaz de producir hidrógeno por electrólisis de agua y almacenarlo a presiones de 700 atm (el estándar en la nueva industria de abastecimiento de vehículos eléctricos de hidrógeno) es la primera en la región centroamericana y la tercera en Latinoamérica (después de Brasil y Argentina); está localizada a 10 km al oeste de la ciudad de Liberia en la provincia de Guanacaste. El sistema integrado es propiedad de Recope y fue entregado en perfecto estado de operación y con todas las reglas de seguridad vigentes. Su última fase, suspendida desde julio del 2014, incorporaría un dispensador de hidrógeno para vehículos y una fuente eólica para demostrar el suministro de electricidad renovable a la planta (ver imágenes). Estación de producción y almacenamiento de hidrógeno en Liberia, Guanacaste. Costa Rica. Proyecto Ad Astra Recope (fuente: Ad Astra Rocket Company) 6

7 Las posibles aplicaciones del hidrógeno para el transporte van mucho más allá de los vehículos privados, incluyendo también el transporte masivo en buses, trenes y vehículos de servicio en almacenes y aeropuertos. Empresas como Bridgestone, Procter & Gamble, y FedEx, entre otras han adoptado vehículos de hidrógeno para sus operaciones. La empresa Wal-Mart, por ejemplo, ya cuenta con más de montacargas de hidrógeno en sus centros de operaciones, reemplazando vehículos de baterías. 1. Connecticut Hydrogen Metro bus (fuente: Connecticut Department of Transportation); 2. Qingdao Sifang Co. Hydrogen Tram, (fuente: Bloomberg Business); 3. Plug Power GenDrive forklift (fuente: Plug Power); 4. Toyota Mirai, (fuente: Toyota); 5. FedEx Hydrogen Service Vehicle, Memphis TN Airport (fuente: FedEx); 6. Hyundai Tucson FCEV, (fuente: Hyundai) El escepticismo es normal cuando se están rompiendo paradigmas. Es sano y natural que ante toda nueva tecnología haya escépticos que la rechacen. El hidrógeno no es una excepción. Pero antes de considerarlo una quimera, es importante valorar las cuantiosas inversiones de empresas como Toyota, Hyundai, GM, Honda, BMW, Mercedes Benz, y muchas otras, y sus cuidadosos estudios de mercado y pruebas de campo de la tecnología que se llevan a cabo desde hace varios años. En 1997, la empresa Toyota hizo una apuesta calculada al introducir su pionero modelo híbrido Prius al mercado masivo. Hoy las ventas de ese modelo exceden 6 millones de autos y han estimulado la competencia de otras empresas con modelos similares. El año entrante, dos 7

8 empresas debutarán con vehículos de hidrógeno: el Hyundai Tucson y el Toyota Mirai. Las empresas Honda y GM introducirán vehículos de hidrógeno en los próximos años. En Costa Rica, la empresa Purdy Motor Company desea introducir el Mirai al mercado nacional. Escepticismo o no, el desarrollo tecnológico sigue adelante. Vale la pena recordar algunas afirmaciones de expertos en tiempos pasados: Es dudoso que los aeroplanos puedan jamás cruzar el océano El público ha, en gran medida, sobreestimado las posibilidades del aeroplano, imaginando que en otra generación podrán viajar a Londres en un día. Eso es manifiestamente imposible. William Pickering, astrónomo, Harvard University, 1908 En la opinión de expertos competentes es ocioso buscar un futuro comercial para la máquina voladora. Hay, y siempre habrá un límite en su capacidad para carga o pasajeros en forma general. Hay algunos, por supuesto, que argumentarán que porque una máquina pueda llevar dos personas otra podrá construirse que podrá llevar una docena. Pero aquellos que hacen esas afirmaciones no entienden la teoría de la sustentación en el aire. W. J. Jackman and Thomas Russell, Flying Machines: Construction and Operation, Con respeto a quienes puedan diferir e independientemente de las discusiones que se generen, nuestro equipo está convencido de que en el hidrógeno existe para Costa Rica una oportunidad extraordinaria. El crudo solar y eólico, es gratis y los fondos que se utilicen para producirlo en Costa Rica, lejos de volar a la OPEP, se quedarán en el país y producirían empleos nacionales y tecnología autóctona que podríamos incluso exportar. Una transformación orgánica, paulatina, a través de los años, nos podría conducir a la autosuficiencia energética y a visualizar un horizonte verdaderamente libre de hidrocarburos que asegure a nuestros hijos y nietos vivir en un entorno más sostenible. El futuro ya llegó y Costa Rica Sí puede! 8