En Japón, un residuo maloliente se está reinventando como posible combustible limpio del futuro que impulsará automóviles y tractores.

Docenas de vacas nos observan con recelo. Su aliento emana una niebla caricaturesca de sus fosas nasales.

Es una mañana fresca en la nevada Hokkaido, una isla al norte de Japón. El aire frío transporta el inconfundible aroma a estiércol de vaca, un olor desagradable pero familiar, consecuencia de la próspera industria láctea de la región. Con el 20% de la superficie del país , esta isla es la segunda más grande de Japón. También alberga a más de un millón de vacas , que producen más de la mitad de la leche y los productos lácteos del país.

Visitamos una granja en Hokkaido que busca transformar el aroma penetrante del aire en algo valioso. Están convirtiendo el estiércol de ganado en hidrógeno. 

Al quemarse, el hidrógeno no emite carbono, lo que lo convierte en una alternativa atractiva a los combustibles fósiles. Existe la esperanza generalizada de que pueda utilizarse como combustible sostenible para calentar hogares y propulsar automóviles , trenes , aviones y barcos en el futuro.

Pero la forma más común de producir hidrógeno hoy en día implica el uso de metano , un combustible fósil extraído de las profundidades del subsuelo, lo que significa que aún genera importantes emisiones de carbono . El hidrógeno también se puede producir mediante la descomposición del agua con electricidad , pero esto puede ser costoso y solo se consigue una baja emisión de carbono si se utilizan fuentes de electricidad renovables.

Sin embargo, la Planta de Hidrógeno Shikaoi utiliza una fuente diferente: un residuo del que abunda Hokkaido. Anualmente se generan en Hokkaido alrededor de 20 millones de toneladas de estiércol de vaca . Si no se trata correctamente, puede representar una carga ambiental, generando importantes emisiones de metano y afectando la calidad del agua si se filtra a arroyos y ríos. Entonces, ¿podría utilizarse como fuente de energía sostenible?

«Este proyecto para producir hidrógeno a partir de estiércol de ganado se originó en Japón y es único en este lugar», afirma Maiko Abe, de Air Water, una de las varias empresas que participan en el proyecto de la granja de hidrógeno. Visitamos las instalaciones en Shikaoi, una ciudad del centro de Hokkaido, para grabar un próximo episodio de TechXplore de la BBC centrado en Japón. «Shikaoi representa el 30 % de los excrementos y la orina de vaca de Hokkaido, por lo que tiene un gran potencial para las energías renovables».

Lanzado en 2015 por el Ministerio de Medio Ambiente de Japón, el proyecto busca convertir subproductos agrícolas en hidrógeno para abastecer a la comunidad rural local en una economía circular. El excremento y la orina de vaca se recogen en granjas lecheras locales antes de ser introducidos en un digestor anaeróbico en una instalación central. Allí, las bacterias descomponen los residuos orgánicos para producir biogás y un fertilizante líquido. Posteriormente, el biogás se purifica en metano, que se utiliza para producir hidrógeno.

La planta ahora tiene una capacidad de producción de hidrógeno de 70 metros cúbicos (18.500 galones), con una estación de servicio in situ que puede abastecer a unos 28 vehículos equipados con pilas de combustible de hidrógeno al día, afirma Abe. Si bien el combustible puede ser utilizado por automóviles con pilas de combustible, la estación de servicio de la planta ha sido especialmente diseñada para vehículos agrícolas como tractores y carretillas elevadoras. Estos vehículos agrícolas son difíciles de electrificar con baterías debido a su tamaño y al tipo de trabajo que realizan. Los vehículos propulsados ​​por hidrógeno se utilizan en las instalaciones de las granjas, lo que reduce las emisiones que, de otro modo, se generarían al utilizar otras fuentes de combustible. 

El hidrógeno producido por el ganado también se almacena en contenedores que se transportan para proporcionar energía y calefacción a otras instalaciones de la zona, incluida una granja de esturiones local y el cercano zoológico de Obihiro.

Pero el hidrógeno no está exento de problemas. Debe almacenarse en tanques de alta presión como gas y puede ser propenso a fugas debido a su bajo peso molecular. También puede degradar los recipientes metálicos de almacenamiento , dejándolos quebradizos, y es fácilmente inflamable, por lo que requiere precauciones de seguridad adicionales durante su manipulación.

El hidrógeno también puede almacenarse como líquido enfriándolo a temperaturas criogénicas inferiores a –253 °C (-423 °F), pero esto puede consumir mucha energía y requiere grandes cantidades de infraestructura adicional.

El hidrógeno tiene casi tres veces el contenido energético de la gasolina, considerando solo su masa. Sin embargo, su bajo peso molecular también significa que, en volumen, la energía contenida en un litro de hidrógeno líquido es una cuarta parte de la de la gasolina . En resumen, al ser el gas más ligero del universo, el hidrógeno ocupa más espacio, kilogramo por kilogramo, que la gasolina. Esto implica que el hidrógeno necesita mucho más espacio de almacenamiento que combustibles fósiles como la gasolina, el diésel y el gas natural. Además, su producción y almacenamiento a gran escala pueden requerir grandes cantidades de energía e infraestructura.

Pero además de estos obstáculos, el proyecto de la granja de hidrógeno en Hokkaido también enfrenta otros desafíos específicos del clima del norte de Japón.

Los inviernos bajo cero de Hokkaido implican que se necesitan nuevas tecnologías para producir hidrógeno de forma estable sin que las pequeñas cantidades de vapor de agua del metano se congelen.

El uso de residuos agrícolas como fuente de metano para producir hidrógeno es relativamente poco común, pero en última instancia, se basa en el mismo proceso que se utiliza para producir hidrógeno a partir de gas natural: reformado con vapor . En este proceso, el vapor calentado a 800 °C (1472 °F) reacciona con el metano para producir hidrógeno, junto con los subproductos monóxido de carbono y dióxido de carbono (CO₂). 

Sin embargo, en el caso del estiércol de vaca, dice Abe, el proyecto sigue siendo sostenible ya que este carbono se originó en la hierba en la que pastaban las vacas: «Como originalmente estaba en la atmósfera, se considera carbono neutral».

Además, ayuda a evitar que el metano que de otro modo se habría emitido desde el estiércol llegue a la atmósfera, donde es un potente gas de efecto invernadero .

El estiércol sobrante después de extraer el biogás se rocía como fertilizante en los campos cercanos, mientras que el ácido fórmico , que se usa y se crea durante los procesos, podría ofrecerse como conservante para el alimento del ganado, dice Abe. 

Actualmente, la electricidad necesaria para producir y almacenar el hidrógeno proviene de la red eléctrica nacional. Sin embargo, Abe afirma que existe potencial para la transición a energías renovables, dado el prometedor potencial marino, eólico y geotérmico de Hokkaido, lo que reduciría las emisiones de carbono de esta electricidad.

Sin embargo, persisten otros desafíos. El alto costo del hidrógeno en comparación con los combustibles fósiles y la baja demanda dificultan la expansión de la operación.