El hidrógeno es el elemento más simple y común en todo el universo. Tiene la mayor cantidad de energía por unidad de masa de cualquier combustible conocido, aproximadamente 120.700 kilojulios por kilogramo, unas tres veces más calor que el petróleo. Cuando se enfría al estado líquido, el hidrógeno de bajo peso molecular ocupa un espacio equivalente a una y siete centésima parte del espacio que ocuparía en estado gaseoso, haciendo posible su almacenamiento y transporte.

La investigación de desarrollo en relación con el hidrógeno se está llevando a cabo en todo el mundo con el objetivo de reducir principalmente los costos de su producción, almacenamiento, transporte, seguridad e infraestructura. La mayor parte del hidrógeno producido todavía se utiliza como materia prima en la fabricación de productos como fertilizantes, conversión de aceite líquido en margarina, el proceso de fabricación de plásticos y en la refrigeración de generadores y motores. Sin embargo, la investigación del hidrógeno se está centrando rápidamente en la generación de electricidad y agua pura a través de "células de combustible", que pueden proporcionar energía para equipos estacionarios o móviles.

Destaca especialmente el hecho de que el hidrógeno es el elemento químico más básico y abundante en la naturaleza y que su combustión es totalmente limpia. Hay un movimiento a favor de una economía basada en el hidrógeno en lugar del petróleo.

La tecnología basada en hidrógeno es, sin duda, muy prometedora y será el portador de energía del futuro. El pleno aprovechamiento de la energía producida por fuentes intermitentes, como la eólica y la fotovoltaica, depende del uso de acumuladores de energía. La densidad de energía de las baterías aún es muy baja, y el hidrógeno podría ser una alternativa para el almacenamiento de energía de mayor densidad. Ver detalles en el gráfico 1.



Las nuevas demandas del mercado, principalmente para la conducción de vehículos de transporte terrestre, vienen indicando que las plataformas eléctricas ocuparán un gran espacio, principalmente por la sencillez y costos de los vehículos eléctricos y la emisión no local de contaminantes dióxido de carbono, monóxido de carbono, Carbono, Óxido de nitrógeno, óxido de azufre.

Sin embargo, se presentan algunos problemas como la fuente que produce la energía a consumir, la infraestructura de distribución y principalmente las baterías, las cuales tendrán su tamaño asociado a la potencia demandada por los vehículos (densidad de energía) y los materiales para la construcción.

Para vehículos de hasta 10 toneladas, con un radio promedio de 100 kilómetros por día, probablemente se recomendará la solución de batería recargable. Para vehículos de hasta 10.000 toneladas y un radio medio de hasta 1.000 kilómetros por día (coches grandes, camiones y trenes), la solución probable será el uso de hidrógeno con pilas de combustible. Para tonelajes y distancias mayores (aviones y barcos), probablemente se recomendará el uso directo de biocombustibles. Ver detalles en el gráfico 2.



El hidrógeno debe tener una gran participación en la matriz energética en poco tiempo y puede ser producido a través de fuentes renovables, como la eólica y la fotovoltaica, que son intermitentes y no necesariamente cercanas a los lugares de consumo. Estos problemas se pueden solucionar instalando infraestructura de almacenamiento y distribución, que normalmente requieren altas inversiones.

La producción de hidrógeno a partir de biomasa superaría los problemas de almacenamiento y podría utilizar la infraestructura de distribución de combustible existente en la actualidad. El etanol, así como el biometano, el metanol y el amoniaco, pueden utilizarse como “vectores estables” de hidrógeno, que, tras pasar por un proceso denominado reformado, puede liberar hidrógeno y agua. De esta forma, podemos llenar directamente el vehículo con etanol y obtener el hidrógeno a través de un reformador instalado en el propio vehículo, o utilizar reformadores más grandes instalados en las gasolineras, que suministrarían hidrógeno directamente a los vehículos.

Considerando el portafolio de productos del sector sucroenergético, podemos producir hidrógeno a partir de etanol, excedentes de electricidad y biometano producido a partir de torta y vinaza. Adoptando el escenario de producción de cultivos 2021-2022, podemos calcular el potencial de hidrógeno, dejando intacta la producción de azúcar. Suponiendo una cosecha de 660 millones de toneladas de caña de azúcar, con 41 millones de toneladas de azúcar y 31,5 millones de metros cúbicos de etanol (base anhidra) y 380 millones de metros cúbicos de vinaza.

Para evaluación potencial, podemos considerar estas plantas optimizadas para el consumo de vapor de proceso en el orden de 450 kilogramos de vapor por tonelada de caña y utilizando calderas de alta presión (presión de operación de 67 kilogramos-fuerza por centímetro cuadrado y temperatura de vapor de 500 grados centígrados), lo que permitiría una producción excedentaria de 33.000 gigavatios hora de energía eléctrica.

La conversión de etanol, biometano a partir de vinaza y excedentes de electricidad daría como resultado la producción de 5,42 millones de toneladas de hidrógeno. A este potencial podemos sumar 1,79 millones de toneladas de hidrógeno, provenientes del etanol de segunda generación. Esta producción proviene de la paja, observándose la limitación del aprovechamiento del 50% del potencial para conservar las bondades agronómicas de la cobertura del suelo.

En total, el potencial es de 7,2 millones de toneladas de hidrógeno (11,9 kilogramos de hidrógeno por tonelada de caña o 0,82 toneladas de hidrógeno por hectárea), entonces podemos hacer una comparación de la participación en la matriz energética con lo que representa el etanol hoy.

El etanol representa aproximadamente el 16% del consumo energético de combustibles líquidos en Brasil, considerando el potencial energético y no solo el volumen. Aprovechando el potencial de hidrógeno de la producción de caña de azúcar instalado hoy, esta participación representaría el 40% de la energía consumida, básicamente por el aumento de la eficiencia en la producción de energía por pilas de combustible.

Si la caña de azúcar se utiliza sólo para la producción de etanol y energía, el potencial de producción de hidrógeno se eleva a 16,6 kilogramos de hidrógeno por tonelada de caña (1,2 toneladas de hidrógeno por hectárea). Para que la matriz de combustible líquido sea 100% hidrógeno, necesitaríamos 480 millones de toneladas de caña de azúcar, es decir, una expansión de 6,5 millones de hectáreas.

Obviamente, esta expansión es muy grande, pero si consideramos una mayor eficiencia en la producción de caña de azúcar, o incluso el uso de variedades que aumentan la producción por hectárea, aunque se dirija a la biomasa, la participación de los combustibles renovables crecerá. Otro punto a destacar es que el etanol puede funcionar bien como “Vector de Hidrógeno ”, evitando inversiones al utilizar la infraestructura de distribución y almacenamiento que existe hoy en día.