Biohidrógeno de forma realista: fermentación oscura, reformado de biogás y electrólisis en planta de biogás

El hidrógeno suele presentarse como la solución que lo sustituirá todo o como una tecnología que nunca será rentable. La verdad se encuentra en un punto intermedio y depende de la aplicación. El hidrógeno procedente de biomasa y residuos, denominado biohidrógeno, es uno de los elementos del rompecabezas energético que puede tener sentido allí donde existe un consumidor y la materia prima es barata y local. En un día dedicado a la autonomía energética, conviene evaluarlo sin entusiasmo ni prejuicios, basándose en el balance.

Tres cosas distintas bajo un mismo nombre

El concepto de «biohidrógeno» abarca tres vías distintas, con diferente grado de madurez. Puede encontrar una visión general en la entrada Biohidrógeno: qué significa realmente y cuáles son las vías de producción. A continuación, las analizamos desde el punto de vista de su utilidad cerca de una planta de biogás.

Fermentación oscura: interesante, pero incipiente

En la fermentación oscura, las bacterias descomponen los azúcares sin luz ni oxígeno, produciendo hidrógeno y ácidos grasos volátiles. El límite teórico es de cuatro moles de H₂ por mol de glucosa, lo que corresponde a la vía con ácido acético; en la vía con ácido butírico, son dos moles. En la práctica, cuando se forman también otros productos (por ejemplo, lactatos, etanol) y parte del hidrógeno se consume en reacciones secundarias, el rendimiento es claramente inferior, orientativamente del orden de uno a dos moles. Quedan los ácidos, en los que aún reside la mayor parte de la energía del sustrato, por lo que el concepto de dos etapas combina la fase de producción de hidrógeno con una segunda fase, metanogénica. La ventaja es el aprovechamiento de residuos ricos en azúcares fácilmente degradables; la desventaja, la inestabilidad del proceso, la baja concentración de hidrógeno en el gas y el coste de su purificación. Los detalles se describen en la entrada Fermentación oscura: hidrógeno a partir de residuos orgánicos, rendimiento y limitaciones. La tecnología se encuentra en fase de investigación y proyectos piloto; a día de hoy, no se aplica de forma generalizada a escala industrial.

Reformado de biogás y biometano

El reformado con vapor convierte el metano y el vapor de agua en hidrógeno y CO₂. Técnicamente, es un proceso maduro, conocido en la industria del gas natural, y alimentado con biometano o biogás produce hidrógeno de origen renovable. Sin embargo, por cada mol de metano que convertimos en hidrógeno, lo perdemos como biometano, y la eficiencia de la conversión es inferior al 100 %. Este proceso tiene sentido cuando:

• el consumidor necesita hidrógeno, no metano, por ejemplo, en un proceso industrial,
• es posible capturar y aprovechar el CO₂ generado, que es de origen biogénico,
• la falta de acceso a la red de gas impide la venta de biometano.

El balance se describe en la entrada Reformado con vapor de biogás y biometano a hidrógeno: balance y CO₂. Un ejemplo de integración de purín, biometano e hidrógeno en Japón se muestra en la entrada Shikaoi en Hokkaido.

Electrólisis en planta de biogás

El electrolizador descompone el agua en hidrógeno y oxígeno utilizando energía eléctrica. En una planta de biogás, ofrece tres posibilidades adicionales: el aprovechamiento del oxígeno (por ejemplo, para la microoxigenación en la desulfuración o el postratamiento del agua), el calor residual del electrolizador y la combinación de hidrógeno con CO₂ biogénico en la metanización, como se describe en el texto Metanización y power-to-gas con CO₂ biogénico. No obstante, el hidrógeno procedente de la electrólisis es tan renovable como lo sea la electricidad, y el Reglamento Delegado 2023/1184 establece condiciones para los combustibles renovables de origen no biológico (RFNBO), como la adicionalidad y la correlación temporal. El consumo energético del electrolizador es, orientativamente, del orden de 50-55 kWh por kilogramo de hidrógeno (valor aproximado, dependiente de la tecnología y las condiciones de operación), con un poder calorífico del hidrógeno de aproximadamente 33 kWh/kg. Esto significa que el coste de la energía eléctrica y el número de horas de funcionamiento determinan la rentabilidad. Con un funcionamiento esporádico en periodos de excedentes baratos, el coste de capital se reparte sobre una pequeña cantidad de producto.

Dónde tiene sentido el hidrógeno y dónde aún no

La regla general es que el hidrógeno tiene sentido allí donde existe un consumidor concreto, y no como un fin en sí mismo. En la mayoría de las plantas de biogás agrícola, el biometano o la electricidad y el calor ofrecerán un mejor resultado, y el hidrógeno surgirá cuando el mercado y la técnica maduren.

Dependencia e independencia

El hidrógeno no es un combustible primario: hay que producirlo, y eso requiere energía o materia prima. Su contribución a la autonomía de un país depende, por tanto, de la procedencia de estos insumos. El hidrógeno procedente de residuos nacionales y energía renovable nacional puede ser un elemento de independencia local; el hidrógeno producido a partir de gas importado la debilita. Es justo subrayar que, para las decisiones clave, aún falta una larga experiencia operativa. Por ello, conviene observar los proyectos piloto, aprender de sus resultados y no prometer más de lo que confirmen las mediciones.

Entradas de la serie que vale la pena revisar: La independencia energética comienza a nivel local y El biometano como combustible nacional.