Mauricio Gutiérrez. Foro Confluencia Solidaria / Escuela de Química UCR
La descarbonización de las actividades humanas
La lucha contra el cambio climático causado por la emisión excesiva de gases de efecto invernadero (CO2, metano, etc.) es uno de los principales retos de la sociedad humana contemporánea. La principal fuente antropogénica de gases de efecto invernadero es el CO2 que se emite del uso de combustibles fósiles (gas natural, derivados del petróleo y carbón mineral) en diversas actividades humanas, como el transporte, procesos industriales, calefacción, generación de electricidad, etc. Por lo tanto, para evitar los peores efectos del cambio climático (que ya está ocurriendo) es necesario reemplazar, en todas estas actividades humanas, los combustibles fósiles por alternativas que no resulten en emisiones netas de gases de efecto invernadero. A esto se le conoce como descarbonización.
Hidrógeno gris vs. hidrógeno verde
El hidrógeno (H2) es un gas que se puede usar como combustible. La ventaja con respecto a los combustibles fósiles es que el producto de su combustión no es CO2, sino agua. El hidrógeno no solo es un gran combustible, sino que también es esencial en varios procesos industriales de importancia global, notablemente la producción de amoniaco, materia prima de los fertilizantes sintéticos y otros materiales.
¿De dónde sacamos el hidrógeno? Por ser tan reactivo, la concentración de hidrógeno en la atmósfera es bajísima, por lo que es necesario sintetizarlo de alguna forma. Actualmente, la mayoría del hidrógeno (alrededor del 95%) se produce a partir de combustibles fósiles, en particular gas natural (metano) por medio de un proceso llamado reformado con vapor, en el que se mezcla el gas con vapor de agua a altas temperaturas [1]. Esta es la opción más barata, pero tiene una huella de carbono alta, puesto que no solo se produce hidrógeno, sino también CO2. Al hidrógeno producido a partir de fuentes fósiles se le conoce como hidrógeno gris. En este caso el “gris” tiene una connotación de sucio o contaminante.
Otra alternativa (actualmente más cara) para producir hidrógeno es a partir de la llamada electrólisis del agua. En este proceso se usa electricidad para separar el agua en sus dos componentes: oxígeno e hidrógeno [2]. La clave es que si la electricidad que se aplica al agua proviene de fuentes con una baja huella de carbono (energía solar, eólica, etc.), entonces habremos logrado reducir drásticamente la huella de carbono de la producción de hidrógeno. A esto se le conoce como hidrógeno verde. En este caso el “verde” tiene una connotación de limpio y ecológico.
De esta forma, los colores se usan como indicadores cualitativos de la huella de carbono asociada a la producción del hidrógeno. En un extremo del espectro está el hidrógeno gris, con la huella de carbono más alta, mientras que en el extremo opuesto está el hidrógeno verde. En el medio hay otros colores, como el azul, que denota un hidrógeno con una huella de carbono intermedia, en el que se utiliza el proceso de reformado con vapor, pero luego el CO2 resultante se atrapa y se almacena para que no salga a la atmosfera. Para una explicación más completa de los diferentes “colores” del hidrógeno, se puede revisar [3].
Hacia la economía del hidrógeno
La visión que tienen en mente varios grupos importantes a nivel mundial es que en una sociedad futura descarbonizada el hidrógeno verde tomará el papel que tienen actualmente los combustibles fósiles. Se usará este hidrógeno con baja huella de carbono en el transporte, procesos industriales, calefacción, almacenamiento de energía, etc. A esto se le conoce como la economía del hidrógeno [4]. También se podría usar otra sustancia derivada del hidrógeno que sea más fácilmente transportable. Por ejemplo, también se ha estado hablando de una posible economía del amoniaco [5]. Lo importante es que el material que se utilice para almacenar y transportar la energía tenga una huella de carbono baja.
Si en la sociedad actual los países “bendecidos” con yacimientos de combustibles fósiles gozan de enormes privilegios, en el futuro serán los países “bendecidos” con amplias fuentes de energía renovable barata los privilegiados. Bajo esta visión, en la futura economía del hidrógeno verde, un país como Costa Rica podría aprovechar su constante sol, generosos vientos, poderosos ríos y fuerte calor subterráneo para convertirse en una potencia exportadora de la nueva gran commodity: el hidrógeno verde. Países como Chile, con gran potencial solar y eólico, incluso ya han desarrollado estrategias nacionales para convertirse en futuras potencias exportadoras de hidrógeno verde [6]. En Costa Rica, recientemente una empresa internacional anunció su interés de instalar una planta de hidrógeno verde y ya firmó una carta de entendimiento con el ICE [7, 8].
¿Quiénes están promoviendo el hidrógeno verde y por qué?
La visión de la economía del hidrógeno verde se está discutiendo cada vez más en diversos sectores internacionales, incluidos gobiernos, agencias supranacionales, empresas privadas y think-tanks. Está siendo promovida apasionadamente de forma abierta y a veces encubierta por grandes compañías (particularmente petroleras) y organizaciones internacionales afines a los intereses de estas compañías como el World Economic Forum (WEF). Basta con hacer una búsqueda rápida en Google con las palabras clave “green hydrogen world economic forum” para ver las numerosas publicaciones que esta organización ha hecho con respecto a este tema solo en el último año. Las grandes compañías petroleras finalmente han reconocido abiertamente (aunque lo sabían desde un principio) que el cambio climático es un problema grave para la humanidad. También reconocen que los gobiernos del mundo se están moviendo (lentamente, pero a fin de cuentas moviendo) hacia la descarbonización. Lo que las grandes compañías quieren es lograr mantener, en el futuro descarbonizado, el poder económico que actualmente gozan. Para esto es necesario que la transformación energética no sea demasiado rápida (para que les dé tiempo de adaptarse sin sufrir muchas pérdidas) y, sobre todo, que no sea demasiado revolucionaria, en el sentido de que no se alteren las relaciones de poder actualmente existentes en el mercado. En particular, las grandes compañías no quieren perder sus millonarios activos de capital y pretenden reconvertir toda la infraestructura usada para el almacenamiento y transporte de petróleo para ser usada con hidrógeno. Para esto, están promoviendo una transición primero a hidrógeno azul (para que no sea demasiado rápida) y eventualmente a hidrógeno verde, siempre con la mira en utilizar la infraestructura existente [9].
Todo esto no quiere decir que el hidrógeno verde sea malo, irremediablemente perpetuador de las relaciones actuales de poder o que no sea una idea que Costa Rica deba considerar. Sin embargo, sí es crucial entender quienes lo están promoviendo y cuáles son sus intereses. La pregunta que debemos tratar de responder como sociedad es si, en este contexto, los intereses del pueblo de Costa Rica y, en general, los pueblos del Sur Global tienen espacio en esta visión de la economía del hidrógeno. La respuesta no es obvia a priori. Yo personalmente no tengo una respuesta final, pero sí algunas consideraciones.
¿Tiene sentido producir hidrógeno verde a gran escala en Costa Rica?
El hidrógeno verde que se produciría en Costa Rica podría consumirse en el mercado nacional o podría exportarse. A nivel nacional la prioridad es descarbonizar el transporte. Como bien lo ha apuntado el Plan Nacional de Descarbonización [10] y otros reportes, el sector transporte es el que produce mayores emisiones en Costa Rica. Por lo tanto, es imperativo sustituir los combustibles fósiles en este sector.
Resulta útil clasificar el transporte en dos grandes grupos: terrestre y de otro tipo (marítimo, aéreo). Para el transporte terrestre, ya ha sido ampliamente documentado que el hidrógeno (incluso el verde) está lejos de ser la mejor opción [11]. Es más efectivo electrificar el transporte; es decir, usar la electricidad para movilizar el vehículo directamente (en el caso de un tren eléctrico, por ejemplo) o para cargar una batería que luego va a ser usada para proveer la electricidad para movilizar el vehículo (en el caso de buses, carros, motos eléctricas, por ejemplo). Resulta sumamente ineficiente utilizar esta electricidad para generar hidrógeno, almacenarlo, transportarlo y luego quemarlo en un vehículo en vez de usar la electricidad directamente para impulsar el vehículo. En el pasado algunas personas en el país han sugerido producir hidrógeno verde para descarbonizar la flotilla vehicular. Esto sería extremadamente ineficiente e innecesariamente costoso.
Por otro lado, a diferencia del transporte terrestre, el transporte marítimo y aéreo, es sumamente difícil de electrificar. Se pueden electrificar pequeñas embarcaciones y aeronaves usando las mismas baterías que usaría un carro eléctrico [12]. Sin embargo, no es viable electrificar grandes buques transoceánicos o grandes jets porque las baterías necesarias serían prohibitivamente grandes [13]. Lo mismo ocurre con vehículos pesados para transporte terrestre, como algunos camiones. En este caso sí tiene sentido considerar el hidrógeno verde como una opción. También tiene sentido considerar el hidrógeno verde como sustituto de combustibles fósiles en procesos industriales. El papel de este tipo de industria en la economía costarricense es muy pequeño, por lo que este sería hidrógeno que probablemente se exportaría. Sin embargo, también es posible que el acceso a hidrógeno verde barato sirva para impulsar este tipo de industria en el país. En todo caso, lo cierto es que en un mundo post-fósil probablemente habrá mucha demanda internacional por hidrógeno verde para ser exportado desde un país con amplias fuentes de energía renovable como Costa Rica.
El siguiente paso sería cuantificar de forma precisa y completa cuál será el impacto ecológico y social de los posibles grandes proyectos de producción de hidrógeno verde. Incluso el hidrógeno verde tiene una huella de carbono y una huella material asociadas. Es imprescindible responder: ¿Cuál será la huella de carbono de los materiales necesarios para producir los equipos? Por ahora, en términos de electricidad, Costa Rica se encuentra en una posición privilegiada dado que la demanda eléctrica es considerablemente inferior a la capacidad de generación. En este escenario es fácil imaginar esta capacidad extra siendo aprovechada para producir hidrógeno verde. Pero cuando la demanda alcance la capacidad instalada, ¿se aumentará la capacidad instalada? ¿Cuáles serán las fuentes de electricidad para producir el hidrógeno? ¿Serán sobre todo fuentes hídricas? Está bien documentado que la hidroelectricidad no es limpia en un sentido amplio, aunque sea renovable y su huella de carbono no sea tan alta como otras fuentes [14, 15]. ¿Será energía solar y eólica? ¿Serán plantas del ICE o plantas privadas? También está bien documentado que la generación privada le ha costado caro al ICE y al pueblo de Costa Rica [16]. ¿Dónde se construirán los proyectos de producción de hidrógeno verde? ¿Tomará la batuta el ICE, RECOPE y otras instituciones públicas o serán iniciativas de empresas transnacionales o quizás sociedades público-privada? Todas estas son preguntas cruciales que deben ser exploradas de forma seria, transparente y democrática.
También es importante considerar que existen otras opciones para producir combustibles para transporte marítimo y aéreo y para la industria pesada. Una alternativa muy interesante son los biocombustibles; es decir, combustibles derivados de sistemas biológicos, en particular plantas. Dependiendo de la región geográfica los biocombustibles pueden tener más sentido que el hidrógeno verde. Por ejemplo, si quisiéramos sustituir el diesel usado en los grandes buques transoceánicos, en los países nórdicos, con poco sol, pero bastante viento y buen recurso hídrico, tiene más sentido producir hidrógeno verde que producir biodiesel a partir de palma aceitera (que ni siquiera crece a esas latitudes). Por otro lado, en un país tropical como Costa Rica, con mucho sol todo el año, puede tener más sentido producir biodiesel a partir de palma aceitera u otro cultivo. Resulta interesante que desde los grandes centros de poder mundial se esté hablando tanto de hidrógeno verde y no tanto de biocombustibles, pero un país tropical como Brasil ha implementado durante décadas programas de biocombustibles muy exitosos que le ha permitido lograr un nivel considerable de descarbonización y un alto grado de soberanía energética [17].
Por otro lado, está bien documentado que los biocombustibles pueden tener un impacto social y ecológico considerablemente negativo [18] y es necesario, en el caso particular de Costa Rica, cuantificarlo y contrastarlo con el impacto del hidrógeno verde. También se requiere de ciencia: investigación en cultivos más eficientes para producir biocombustibles y en otros procesos para generar biomateriales. En última instancia, la pregunta de si los biocombustibles son una mejor opción que el hidrógeno verde no ha sido respondida de forma contundente a nivel global y dependerá de las condiciones de cada región en particular. Esta es una pregunta de carácter empírico que solo una evaluación basada en la evidencia científica puede responder.
El calentamiento global como un problema mayoritariamente político-económico y la necesidad de nuevas formas de organización social
Finalmente, en contraste con la forma como usualmente se presenta en buena parte de los medios de comunicación y campañas políticas, el cambio climático es un problema primordialmente de carácter político-económico y no técnico. Si bien el abordaje técnico es imprescindible y se necesita mucha investigación científica, desarrollo tecnológico y construcción de infraestructura para lograr una descarbonización completa, el aspecto político-económico tiene un peso mayor [19].
El grueso del calentamiento global está siendo causado por el consumo excesivo en los países del Norte Global (así como las élites económicas en otras partes del mundo) [20]. Estas emisiones están íntimamente ligadas al extractivismo y a relaciones comerciales de carácter neocolonial, puesto que los niveles altísimos de consumo se sostienen por una transferencia de recursos a muy bajo precio del Sur Global al Norte Global, así como una mano de obra sumamente barata en los países del Sur Global enfocada en producir bienes consumidos sobre todo en el Norte Global. Es decir, el calentamiento global es una criatura de las relaciones de poder capitalistas a escala planetaria [21] y es crucial politizar la descarbonización [22].
Esto, en cierto modo, es una buena noticia, porque significa que en vez de estar desconectadas o, aún peor, ser contradictorias, la lucha contra el cambio climático y la lucha contra la desigualdad y por la construcción de relaciones más equitativas entre los pueblos están completamente alineadas. Por lo tanto, el abordaje técnico tiene necesariamente que ir de la mano con el abordaje político-económico.
Para lograr esto, se necesitan tomar varias medidas. En primer lugar, es imprescindible reducir los niveles de consumo ecológicamente insostenibles, particularmente en los países del Norte Global [23]. Será mucho más fácil descarbonizar una economía más reducida que una economía en perpetuo crecimiento innecesario. Discuto tres ejemplos para ilustrar cómo un abordaje meramente técnico es insuficiente si no se complementa con un abordaje político-económico que promueva la reducción en el consumo:
- En el sector transporte: es necesario implementar medidas que desincentiven el transporte privado motorizado (carros) y más bien incentiven el transporte colectivo (trenes, buses) y no motorizado (bicicletas). Esto hará que lograr una electrificación (y por lo tanto descarbonización) sea mucho más fácil y barato. Además, la huella de carbono y huella material de un esquema basado en transporte colectivo serán menores que las de uno basado en transporte privado, aunque ambos sean totalmente electrificados, porque la producción de carros y baterías requiere de energía y materiales [24]. De este modo, el abordaje técnico (electrificación) se complementaría con el abordaje político-económico-social (promoción del transporte colectivo)
- En el sector agrícola: se necesita promover el uso de fertilizantes orgánicos producidos a partir de compost como sustituto de fertilizantes sintéticos. Como se mencionó en una de las secciones anteriores, uno de los usos industriales más importantes del hidrógeno es en la síntesis de amoniaco, que a su vez se usa para producir fertilizantes sintéticos. La huella de carbono de estos fertilizantes es enorme. Entonces, si bien el abordaje técnico es crucial (usar hidrógeno verde en vez de gris en la síntesis del amoniaco), es igual o incluso más importante un abordaje más holístico y cuestionar la necesidad de producir la enorme cantidad de fertilizante sintético que se produce actualmente. Está bien documentado que una agricultura basada en fertilizantes orgánicos a partir de compost, aunque de rendimientos ligeramente menores, es totalmente viable y más sostenible en el largo plazo [25]. Este abordaje beneficiaría particularmente a un país como Costa Rica que importa la totalidad de sus fertilizantes, lo que lo deja a merced de eventos a nivel internacional fuera de su control [26].
- Aunque este ejemplo no aplica a Costa Rica, es pertinente para muchos países con inviernos fríos. En el sector vivienda: es necesario promover la construcción de edificios de apartamentos (en los que el calor escapa más lentamente) en vez de casas individuales (en las que el calor escapa más rápidamente). De nuevo, el abordaje técnico (uso de hidrógeno u otro combustible con baja huella de carbono para calefacción o uso de bombas de calor) necesariamente tiene que complementarse con un abordaje más holístico que permita una reducción en el consumo mediante un cambio en ciertas prácticas sociales.
Por lo tanto, se necesita un compromiso por parte de los gobiernos, sobre todo los de los países del Norte Global, donde el consumo es particularmente alto, de promover prácticas que reduzcan drásticamente el consumo material y energético. Un primer paso, insuficiente pero necesario, sería implementar impuestos altamente progresivos, como un impuesto a la riqueza, para reducir el poder adquisitivo de los grupos más ricos de la sociedad, quienes tienen niveles de consumo y huellas de carbono ecológicamente insostenibles [27]. Esto no solo hará la parte técnica de la descarbonización más fácil, sino que también ayudará a crear sociedades más justas, al reducir la concentración de poder económico y político.
Por otra parte, para países del Sur Global como Costa Rica, vale la pena preguntarse por qué, en última instancia, se querría exportar hidrógeno verde. La respuesta parece ser porque en general no tenemos mucho dinero y necesitamos dólares para importar bienes que no producimos acá. Eso está bien, pero entonces en paralelo se debería implementar un programa ambicioso de sustitución de importaciones, para lograr producir localmente muchos de los bienes que importamos, especialmente los de importancia estratégica, como alimentos, productos médicos como vacunas, etc. [28]. Es decir, debemos construir lo que generalmente se conoce como soberanía alimentaria y tecnológica. Además, la dinámica actual a nivel global es que los países pobres tienden a exportar productos de bajo valor añadido (como materias primas), así como productos y servicios no esenciales (café, turismo, etc.) a bajo precio, muchas veces con un alto costo ambiental, y tienden a importar productos de alto valor añadido a un mayor precio (vacunas, productos electrónicos, etc.). Esta dinámica asimétrica perpetúa una dependencia terrible y es precisamente lo que permite la extracción multi-billonaria de recursos del Sur Global por parte del Norte Global y su consumo ecológicamente insostenible [29]. Claramente, como sociedad global debemos acabar con esta dinámica. Si en el futuro el hidrógeno verde tomara el papel que tiene actualmente el petróleo, ¿se habrá acabado con esta dinámica o se mantendrá, pero con otro producto?
Para poder garantizar prosperidad sostenible para sus poblaciones, Costa Rica y los países del Sur Global tienen que construir economías descarbonizadas, pero también resilientes. Tienen que construir soberanías o agencias alimentarias, energéticas, tecnológicas y monetarias [30]; es decir, construir la capacidad de producir alimentos (incluidos sus insumos como fertilizantes) [31], energía, tecnologías cruciales (como vacunas) localmente, así como disminuir y eventualmente eliminar las deudas pública y privada en monedas extranjeras [32]. Esto dotaría al país de una enorme resiliencia y protegería a la población de los efectos perjudiciales del aumento en los precios internacionales de productos esenciales que importamos, como está ocurriendo actualmente [33]. Además, tienen que librarse de la dinámica de exportación de materias primas a bajo precio e importación de productos de alto valor añadido a alto precio, así como formar alianzas Sur-Sur que les permitan avanzar estos proyectos [34]. La pregunta que nos toca responder es si es posible encajar la promesa del hidrógeno verde dentro de esta visión de un mundo más equitativo, próspero, sostenible y resiliente.
Notas y referencias:
[1] https://es.wikipedia.org/wiki/Reformado_con_vapor
[2] https://es.wikipedia.org/wiki/Electr%C3%B3lisis_del_agua
La electrólisis del agua a pequeña escala es un experimento lo suficientemente sencillo como para hacerlo en la casa y se realiza en los cursos introductorios de Química.
[3] https://www.weforum.org/agenda/2021/07/clean-energy-green-hydrogen/
[5] https://cen.acs.org/business/petrochemicals/ammonia-fuel-future/99/i8
[6] https://energia.gob.cl/sites/default/files/estrategia_nacional_de_hidrogeno_verde_-_chile.pdf
[9] https://time.com/6098910/blue-hydrogen-emissions/
[10] https://cambioclimatico.go.cr/wp-content/uploads/2019/02/PLAN.pdf
[12] De hecho hay una empresa en Costa Rica dedicada a la construcción de pequeños barcos eléctricos: https://www.sailcargo.inc/.
[13] http://vaclavsmil.com/wp-content/uploads/2019/03/March2019.pdf
[14] https://e360.yale.edu/features/as-warming-and-drought-increase-a-new-case-for-ending-big-dams
[16] https://semanariouniversidad.com/opinion/gobierno-se-somete-a-generadores-privados-de-electricidad/
[17] https://www.brookings.edu/articles/ethanol-lessons-from-brazil/
[18] https://www.epa.gov/environmental-economics/economics-biofuels
[19] No pretendo tampoco subvalorar la importancia del aspecto técnico en la lucha contra el cambio climático. De hecho, en dos ocasiones he impartido un curso en la Escuela de Química enfocado en la Química de la Descarbonización, en el que precisamente nos enfocamos en toda la investigación científica y tecnológica asociada a la descarbonización: nuevos materiales para celdas solares, nuevos diseños para baterías, nuevos procesos para producción de biocombustibles, transmisión de electricidad eficiente, energía nuclear segura, hidrógeno verde, descarbonización de procesos químicos como producción de amoniaco, cemento, asfalto y acero, etc.
[20] https://www.bbc.com/news/science-environment-56723560
[22] https://semanariouniversidad.com/opinion/hay-que-politizar-la-descarbonizacion/
[24] La huella material y la huella de carbono asociadas a la minería de los componentes necesarios para producir vehículos eléctricos (litio, cobalto, etc.) aún no ha sido cuantificada de forma completa y exacta. Sería ingenuo pensar que sustituir todos los vehículos privados de combustión por vehículos eléctricos de baterías sin promover la colectivización del transporte es ecológicamente sostenible.
[25] https://www.fao.org/3/cb0438en/CB0438EN.pdf
[26] De hecho, en los últimos meses el precio de los fertilizantes sintéticos ha aumentado considerablemente por el aumento del precio internacional del gas natural (necesario para producir hidrógeno gris). Esto ha impactado negativamente a pequeños agricultores, que han visto los precios de los fertilizantes sintéticos duplicarse y hasta triplicarse. Un programa nacional de agroecología evitaría este tipo de eventos inflacionarios perjudiciales para los agricultores y en última instancia toda la sociedad, al dotar al país de mayor resiliencia.
[30] https://redmmt.cr/posts/carta-abierta-respuesta-de-africa-pandemia
[32] https://redmmt.cr/posts/como-la-deuda-externa-socava-la-sobernia
[34] https://newint.org/features/2021/08/09/money-ultimate-decolonizer-fjf
