En 2020, Francia se dotó de una estrategia nacional para el desarrollo del hidrógeno descarbonizado. 9 mil millones de euros se invertirán para 2030, en particular para instalar numerosos electrolizadores en Francia y para desarrollar la movilidad limpia, en particular los vehículos pesados.
Según France Hydrogène, a principios de 2023 solo había 550 coches de hidrógeno en Francia. Y casi 1200 vehículos en total, contando los equipos de manipulación, las bicicletas o los autobuses. Dicho de otro modo, el mercado sigue siendo muy incipiente.
¿Puede el hidrógeno hacerse un hueco a medio o largo plazo en la descarbonización de la movilidad ligera? ¿En los vehículos particulares? ¿Cuál es el balance de carbono del coche de hidrógeno? Hacemos un balance.
¿Qué es el hidrógeno y cómo se produce?
El hidrógeno no es una energía primaria como el petróleo o el viento, por ejemplo. Es un vector energético producido gracias a una reacción química a partir de un recurso primario: hidrocarburos (carbón, gas y petróleo) y el agua. Y lo que se denomina comúnmente hidrógeno es en realidad el dihidrógeno H2.
Los principales modos de producción del hidrógeno son los siguientes:
- le vaporeformado del gas natural: es la técnica más utilizada en el mundo. El metano se trata con vapor de agua para obtener una mezcla que contiene hidrógeno y CO2. Esta técnica se acompaña, por tanto, de importantes emisiones de CO2, a menos que se logre capturarlo y almacenarlo.
- la gasificación del carbón: conversión en hidrógeno gracias a la combustión del carbón. También es un procedimiento que se acompaña de importantes emisiones de CO2.
- la electrólisis del agua: es la vía privilegiada hoy en día para producir hidrógeno bajo en carbono. Esta técnica utiliza energía eléctrica para extraer el hidrógeno presente en una molécula de agua. El electrolizador funciona con electricidad. Esto plantea, por tanto, el problema del origen de esta electricidad. Para que el hidrógeno producido por electrólisis sea realmente bajo en carbono, la electricidad utilizada debe ser renovable o de origen nuclear. De lo contrario, el procedimiento también es muy emisor.
Son, por tanto, estos diferentes procedimientos los que determinan la huella ambiental del hidrógeno. Y se verá, es crucial en el balance de carbono total del hidrógeno en la movilidad.
Estos diferentes modos de producción han dado, además, un código de color bastante conocido:
- El hidrógeno gris es el producido a partir de energías fósiles, vaporeformado del gas natural y gasificación.
- El hidrógeno verde es el que se fabrica a partir de la electrólisis del agua con una electricidad 100% renovable.
- El hidrógeno amarillo es el producido con la electrólisis del agua y una electricidad procedente de la energía nuclear.
Recientemente, la ADEME ha propuesto una nueva terminología:
- El hidrógeno carbonado en lugar del hidrógeno gris.
- El hidrógeno renovable en lugar del hidrógeno verde.
- Y el hidrógeno bajo en carbono en lugar del hidrógeno amarillo.
Recientemente, ha aparecido una nueva coloración: el hidrógeno blanco. Designa el hidrógeno naturalmente presente bajo tierra y a veces en cantidades importantes. Un hidrógeno natural que constituiría una nueva fuente de energía descarbonizada y a un coste inferior al del hidrógeno carbonado o producido por electrólisis. Un pozo se está perforando en Nebraska, Estados Unidos, desde hace unos meses, se han concedido permisos de exploración en Australia y se han descubierto yacimientos en numerosos países: España, China, Nueva Zelanda, Italia, pero también en Francia, en el Bearn, en Mosela o incluso en el Doubs. Hasta el punto de que algunos científicos hablan ahora de “nuevo petróleo”. Sin embargo, aún es un poco pronto. Queda por conocer con precisión los recursos disponibles en el mundo y lo que será explotable industrialmente. Algunos investigadores ya estiman que los flujos podrían ser extremadamente bajos en comparación con las necesidades energéticas actuales y futuras.
Por último, en la movilidad, lo que se denomina un coche de hidrógeno es, en la inmensa mayoría de los casos, un vehículo eléctrico con una pila de combustible alimentada por hidrógeno. A diferencia de los coches eléctricos equipados con baterías.
El balance de carbono del coche de hidrógeno
Difícil responder de manera rápida, ya que la huella de carbono de un coche de hidrógeno varía enormemente. Puede pasar de simple a cuádruple según las condiciones.
Aquí precisamos de inmediato que las cifras sobre el balance de carbono del automóvil de hidrógeno se refieren a los automóviles que pertenecen a lo que se denomina en el sector automovilístico el segmento D, es decir, los sedanes familiares. Son estos automóviles los que hoy en día tienen el mayor número de modelos de hidrógeno.
¿Cómo explicar entonces una diferencia tan grande para el mismo número de kilómetros recorridos?
Es el modo de producción del hidrógeno el que explica este abismo. Como acabamos de ver, el hidrógeno puede ser producido de varias maneras diferentes. Y su impacto de carbono varía enormemente según su origen.
En 2020, la Ademe encargó un estudio de ACV (Análisis del Ciclo de Vida) relativo al hidrógeno. Los autores se interesaron por el ciclo de vida del hidrógeno y su balance de carbono para dos tipos de vehículos: un sedán perteneciente al segmento D y utilizado en un contexto profesional (taxi) y un vehículo utilitario ligero (VUL).
En el ciclo de vida del hidrógeno, el primero es su producción. Así, para Francia, según los resultados de este estudio, 3 grandes escenarios de producción son posibles:
- Hidrógeno obtenido de la electrólisis del agua utilizando electricidad 100% renovable (eólica, fotovoltaica, hidráulica): 1,61kgCO2e por kilo de hidrógeno producido
- Hidrógeno obtenido de la electrólisis utilizando la electricidad del mix Francia 2023 (con mucha energía nuclear): 2,86kgCO2e/kgH2
- Hidrógeno obtenido del vapor reformado del gas natural: 11,81kgCO2e/kgH2
Atención, sin embargo, si la electrólisis del agua es un método a priori mucho menos carbonado que el vapor reformado del gas natural, todo depende en realidad de la electricidad utilizada para la electrólisis. Así, con el mix eléctrico europeo, el balance de carbono del hidrógeno obtenido de la electrólisis explota: alrededor de 21kgCO2e/kgH2. Es 7 veces más que la electrólisis con el mix eléctrico en Francia y casi 2 veces más que el vapor reformado del gas natural.
El problema es que el hidrógeno producido a partir de la electrólisis es hoy en día ultra minoritario. En Francia, según este estudio de RTE, el 95% del hidrógeno se produce a partir de energías fósiles, entre ellas el vapor reformado de gas natural, la gasificación de carbón y los coproductos del refinado de petróleo. Solo el 5% del hidrógeno proviene de la electrólisis de la salmuera. En el mundo, es aún peor, ya que el hidrógeno se produce en más de un 99% a partir de energías fósiles. Dicho de otro modo, el hidrógeno producido hoy en día es muy mayoritariamente un hidrógeno carbonado, lo que aumenta considerablemente el impacto de carbono del automóvil de hidrógeno.
A la producción del hidrógeno hay que añadir la fabricación del automóvil. Según este mismo estudio de la Ademe, producir la estructura de un sedán emite 5,4 toneladas de CO2e. Los equipos relacionados con la propulsión de hidrógeno (pequeña batería, pila de combustible, depósito de hidrógeno) generan emisiones significativas: 4,3tCO2e. En total, un sedán de hidrógeno emite 9,7tCO2 por su sola fabricación. Es equivalente a las emisiones de un francés durante un año completo o de 45 000 km en automóvil.
El peso de la fabricación del vehículo en el balance de carbono total del automóvil depende lógicamente del origen del hidrógeno:
- Para un sedán que recorre 200 000 km con hidrógeno obtenido del vapor reformado de gas natural, la fabricación representa menos del 30% de la huella de carbono total, más del 70% para la producción del hidrógeno.
- Sobre 200 000 km siempre con hidrógeno obtenido de la electrólisis del agua utilizando el mix eléctrico francés, la fabricación del vehículo alcanza aquí el 60% del balance de carbono total, 40% para la producción de hidrógeno.
En total, esto es lo que obtiene la Ademe para el balance de carbono de un sedán de hidrógeno por kilómetro:
- Vehículo de hidrógeno obtenido de la electrólisis (mix Francia 2023): 79gCO2e/km
- Vehículo de hidrógeno obtenido del vapor reformado del gas natural: 197gCO2e/km
El balance de carbono del automóvil de hidrógeno frente al automóvil térmico
Está muy claro que la fabricación de los automóviles térmicos (gasolina y diésel) emite mucho menos que la de los automóviles de hidrógeno: alrededor de 5,5 toneladas de CO2e frente a 9,7 toneladas para un vehículo de hidrógeno de tipo sedán. Y son los equipos relacionados con el uso del hidrógeno los que explican esta diferencia. La batería, el tanque de hidrógeno y la pila de combustible generan así emisiones de un poco más de 4 toneladas de CO2e.
Pero en uso, el vehículo de hidrógeno es mucho menos emisivo que el coche térmico. Resultado, en el conjunto del ciclo de vida, comparado con un berlina de gasolina, un berlina de hidrógeno permite reducir :
- de 23% las emisiones de CO2e si el hidrógeno es producido por vaporreformado de gas natural.
- de 74% en promedio si el hidrógeno es obtenido de la electrólisis.
La Ademe ha podido así calcular el punto de cambio entre los vehículos térmicos y los vehículos de hidrógeno, es decir, el kilometraje a partir del cual las emisiones emitidas por los vehículos de hidrógeno se vuelven menos importantes que las emitidas por los vehículos térmicos. Este punto de cambio se sitúa justo después de 25 000 kilómetros para el hidrógeno obtenido de la electrólisis. En otras palabras, basta con recorrer un poco más de 25 000 kilómetros para que el vehículo de hidrógeno sea más interesante desde el punto de vista de la huella de carbono. Para los vehículos eléctricos, este punto de cambio ocurre aún un poco antes, antes de los 25 000 kilómetros.
El balance de carbono del coche de hidrógeno VS coche eléctrico
Primero en la fase de fabricación, no hay ninguna diferencia notable en cuanto a emisiones entre la fabricación de un coche de hidrógeno y la de un coche eléctrico : 9,2 toneladas de CO2e para un coche eléctrico frente a 9,7tCO2e para el coche de hidrógeno. En los dos casos, estos vehículos son hasta dos veces más emisivos que los coches de gasolina o diésel para su fabricación.
Es durante la fase de utilización cuando se hace la diferencia. Y el berlina eléctrico de batería presenta mejores resultados que el de hidrógeno.
Retomemos el ACV realizado en 2020 para la cuenta de la Ademe. Sobre 200 000 kilómetros recorridos, aquí está el balance de carbono de los diferentes vehículos :
- Vehículo eléctrico : 56gCO2e/km
- Vehículo de hidrógeno obtenido de la electrólisis (mezcla Francia 2023) : 79gCO2e/km
- Vehículo de hidrógeno obtenido del vaporreformado del gas natural : 197gCO2e/km
En otras palabras, los vehículos alimentados por hidrógeno obtenido de la electrólisis emiten 41% más de emisiones de CO2e en el conjunto del ciclo de vida que un vehículo eléctrico. Este último emite además 72% menos que un vehículo alimentado por hidrógeno obtenido del vaporreformado del gas natural.
¿Qué futuro para el hidrógeno en la movilidad ?
El hidrógeno para los vehículos particulares
Acabamos de verlo, el coche de hidrógeno presenta un balance de carbono mucho menos elevado que los coches térmicos, representando así una oportunidad en la descarbonización de la movilidad. Sin embargo, su huella de carbono sigue siendo más elevada que la del coche eléctrico. Y esto incluso con hidrógeno obtenido de la electrólisis 100% renovable, es decir, el hidrógeno más limpio. En este caso, sobre 200 000 kilómetros, el coche de hidrógeno registra 15% de emisiones de CO2e adicionales. En este caso, ¿es pertinente el hidrógeno para la movilidad ligera particular ? El año pasado, la ADEME y el IFP Energías Nuevas (IFPEN) publicaron los resultados de el estudio económico, energético y ambiental para las tecnologías del transporte por carretera a horizonte 2040 (E4T 2040). En sus conclusiones, el IFPEN estima así que el estudio sitúa “el todo-eléctrico como la solución más pertinente para los coches individuales, hoy y más aún en 2040, tanto en el plano económico como ambiental”.
Para el hidrógeno, el resultado es mucho más contrastado, el IFPEN estimando que “la tecnología de la pila de combustible de hidrógeno sigue siendo poco competitiva para los vehículos ligeros a este plazo, debido a costes de adquisición y operativos elevados”.
El hidrógeno para los vehículos utilitarios ligeros y pesados
El estudio de ACV realizado en 2020 sobre el hidrógeno también se refería a un vehículo utilitario (VU) ligero.
En este caso, los resultados sobre el balance de carbono no difieren más que muy poco de los obtenidos para el vehículo ligero. El VU ligero presenta así un balance de carbono 11% a 75% más bajo, según el modo de producción del hidrógeno, que su equivalente diésel. Pero sus emisiones siguen siendo ligeramente superiores a las de un VU eléctrico.
En el gráfico de abajo, "BEV" representa los vehículos eléctricos de batería y "FCEV" los vehículos eléctricos de pila de combustible funcionando con hidrógeno.
Sin embargo, los vehículos de hidrógeno presentan dos ventajas significativas en comparación con los eléctricos: una mayor autonomía y una recarga mucho más rápida, similar a la de un depósito de gasolina en una estación hoy.
En el ámbito profesional que requiere un radio de acción más amplio y recargas más regulares, estas ventajas pueden marcar la diferencia. Siempre que la producción de H2 sea descarbonizada, el VU de hidrógeno podría hacerse un hueco junto al eléctrico, ya pertinente medioambientalmente y pronto el más competitivo.
Para el transporte de mercancías, una vez más, la solución de hidrógeno podría ser pertinente en los próximos años para las necesidades de gran autonomía.
Finalmente, en lo que respecta a otros vehículos pesados, autobuses, camiones de carretera o camiones de reparto, los resultados son bastante similares. Los vehículos de hidrógeno muestran así unas emisiones de CO2 muy inferiores a las de sus equivalentes diésel. Pero su huella de carbono sigue siendo superior a la de los vehículos similares eléctricos.
Sin embargo, una vez más, ciertos usos requieren autonomías superiores a las permitidas por los vehículos eléctricos de batería. En estas condiciones, el uso del hidrógeno sería adecuado.
Para los autobuses, por ejemplo, el estudio E4T prevé en 2040:
- un poco más de 200gCO2e/km para el autobús eléctrico
- emisiones de un poco menos de 500gCO2e/km para el autobús de hidrógeno
- más de 1700gCO2e/km para el autobús diésel
El uso del hidrógeno sigue siendo por tanto una solución interesante, combinada con otras motorizaciones, para ciertos usos específicos: transporte de mercancías a largas distancias, transporte de personas o para los vehículos utilitarios ligeros en grandes radios de acción.
Las principales fuentes:
- Análisis del ciclo de vida relativo al hidrógeno, ADEME
- Estudio energético, económico y ambiental del transporte por carretera a horizonte 2040 (E4T 2040), Ademe, IFP Energies Nouvelles
- Los futuros en transición, ADEME
- https://www.ifpenergiesnouvelles.fr/article/mobilite-durable-quelles-solutions-technologiques-reduire-lempreinte-environnementale-des-transports-routiers
- Las 10 cosas que hay que saber sobre el hidrógeno en los transportes, Aurélien Bigo, Polytechnique Insights
- https://agirpourlatransition.ademe.fr/entreprises/potentiel-hydrogene-bas-carbone-renouvelable
- La transición hacia un hidrógeno bajo en carbono: ventajas y retos para el sistema eléctrico en el horizonte 2030-2035, RTE
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