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En la búsqueda de alternativas sostenibles y eficientes a los combustibles fósiles, es esencial diversificar las fuentes de energía renovable más allá de las tradicionales, como la solar y la eólica. Aunque los paneles solares y los aerogeneradores han demostrado ser fundamentales en la transición energética, presentan desafíos como la intermitencia y la dependencia de condiciones climáticas específicas. Por ello, explorar y desarrollar otras formas de energía limpia, como la producción de hidrógeno a partir de residuos orgánicos, es crucial para garantizar un suministro energético estable y sostenible.
En este contexto, Japón ha emergido como un líder en la innovación energética, implementando proyectos pioneros para conseguir más fuentes de energía limpia a partir de elementos desaprovechados. Uno de los ejemplos más sorprendentes es el de la pequeña ciudad de Shikaoi, ubicada en la isla de Hokkaido, al norte del país, donde se transforma el estiércol de vaca en hidrógeno. Este proyecto no solo proporciona una solución energética sostenible, sino que también aborda el problema de la gestión de residuos agrícolas, reduciendo el enorme impacto ambiental asociado con la ganadería.
Puesto en marcha en 2015 por el Ministerio de Medio Ambiente de Japón, el proyecto ha contado con la colaboración de ingenieros de la Universidad de Hokkaido como la profesora Shiho Ishikawa y aprovecha los excrementos y la orina de las vacas de las granjas lecheras de la isla para introducirlos en un digestor anaeróbico ubicado en una instalación central. Una vez allí, las bacterias se encargan de descomponer los residuos orgánicos para conseguir fertilizante líquido y biogás. Este se purifica y se convierte en metano, utilizado posteriormente para fabricar hidrógeno.
Hokkaido es conocida por su industria lechera, con más de 1.200 granjas en la actualidad que albergan aproximadamente 850.000 vacas, lo que genera una gigantesca cantidad de estiércol diariamente. Tradicionalmente, este material se utilizaba como fertilizante en el campo o se desechaba, lo que podía provocar problemas ambientales como la contaminación del agua y el aumento de las emisiones de metano, un gas de efecto invernadero con un potencial de calentamiento global 25 veces mayor que el CO2.
Desde hace años, en Shikaoi aprovechan este recurso sometiéndolo a un proceso de fermentación anaeróbica. En ausencia de oxígeno, las bacterias descomponen la materia orgánica del estiércol, produciendo biogás compuesto de metano y dióxido de carbono, principalmente.
Este biogás se purifica y se utiliza como materia prima en un reformador de metano por vapor. En este dispositivo, el metano reacciona con vapor de agua a altas temperaturas (entre 700 y 1.000°C) en presencia de un catalizador, produciendo hidrógeno y monóxido de carbono. Posteriormente, el monóxido de carbono se somete a una reacción de cambio de gas de agua, donde reacciona con más vapor para producir dióxido de carbono adicional e hidrógeno. El producto resultante se purifica de nuevo y se almacena para su uso en celdas de combustible y otras aplicaciones energéticas.
La capacidad de conversión de estiércol en hidrógeno de Shikaoi es considerable. Se estima que una sola vaca puede producir alrededor de 30 kg de estiércol al día. Con una población de 850.000 vacas en Hokkaido, esto se traduce en aproximadamente 25.500 toneladas de estiércol diariamente.
Aunque no todo este estiércol se destina a la producción de hidrógeno, la cantidad disponible tiene un enorme potencial. Según datos del proyecto, se pueden producir alrededor de 1.000 litros de hidrógeno a partir de 1 kg de estiércol seco. Esto significa que, teóricamente, las 25.500 toneladas de estiércol podrían generar 25,5 millones de metros cúbicos de hidrógeno al día, aunque en la práctica, la eficiencia del proceso y las limitaciones logísticas reducen considerablemente esta cifra.
Actualmente, la planta tiene la capacidad de generar hasta 70 metros cúbicos de hidrógeno al día y cuenta con una estación de abastecimiento de vehículos eléctricos, donde pueden repostar a diario alrededor de 28 vehículos con pilas de combustible de hidrógeno. Además de coches como el Toyota Mirai o el Honda CR-V, el hidrógeno también se puede aprovechar para alimentar tractores y otra maquinaria agrícola, más difícil de electrificar.
Más allá de este tipo de vehículos, mucho más extendidos en Japón que en Europa, el hidrógeno procedente de Shikaoi se almacena en bidones para alimentar otras instalaciones cercanas, como el zoo de Obihiro o una piscifactoría de esturiones de donde proviene buena parte del caviar producido en el país nipón.
Otros proyectos
Además de la iniciativa en Shikaoi, Japón lleva tiempo trabajando en otros proyectos innovadores que aprovechan diferentes tipos de residuos para producir hidrógeno. En la ciudad de Fukuoka, en el suroeste del país, se ha desarrollado una iniciativa que utiliza las aguas residuales para generar hidrógeno.
El proceso en Fukuoka comienza con la recolección de aguas residuales en una planta de tratamiento. Allí, la materia orgánica presente en las aguas residuales se descompone mediante procesos biológicos, generando biogás compuesto principalmente por metano y dióxido de carbono.
Este biogás se purifica y se utiliza en un reformador de metano por vapor para producir hidrógeno, siguiendo un proceso similar al de las instalaciones de producción de Shikaoi. El hidrógeno producido se comprime y se almacena en estaciones de servicio, donde se utiliza para abastecer vehículos de pila de combustible, tanto automóviles como autobuses urbanos y hasta camiones.
Se estima que la planta puede producir suficiente hidrógeno para abastecer a aproximadamente 60 vehículos al día. Este enfoque no solo proporciona una fuente de combustible limpia y renovable para el transporte, sino que también reduce la dependencia de combustibles fósiles y disminuye las emisiones de gases de efecto invernadero.
Sin embargo, la implementación de estos proyectos no está exenta de desafíos. Uno de los principales obstáculos, además de los riesgos que implica una sustancia tan inflamable, es la infraestructura necesaria para la producción, almacenamiento y distribución del hidrógeno.
La construcción de estaciones de servicio de hidrógeno y la adaptación de vehículos para su uso requieren inversiones significativas, y también son necesarias mejoras en la eficiencia del proceso de conversión. Aunque la tecnología ha avanzado considerablemente, aún existen pérdidas energéticas en las diferentes etapas de producción y utilización del hidrógeno, lo que lastra su expansión.
