El hidrógeno es el elemento químico más ligero y el más abundante en el universo. Su número atómico es 1 y está representado con el símbolo H en la tabla periódica de los elementos.
Por otro lado, el gas hidrógeno está formado por moléculas que constan de dos átomos de hidrógeno (H₂). Es un gas insípido, incoloro, inodoro que tiene una densidad muy baja (14 veces menor que la del aire) a temperatura y presión ambientes. El gas hidrógeno puede usarse como combustible gracias a su alto poder calorífico y como precursor de otros productos químicos (por ejemplo, metano u otros tipos de hidrocarburos).
No hay cantidades significativas de H₂ libre en la atmósfera de nuestro planeta. Se produce hidrógeno por parte de algunas bacterias en ambientes acuáticos libres de oxígeno (pantanos, ciénagas) y existen un número pequeño de yacimientos comprobados con cantidades importantes de H₂ que se liberan a la atmósfera y podrían ser explotados. A pesar de esto, debido a su fugacidad, las emanaciones naturales de hidrógeno en la atmósfera ascienden rápidamente y escapan de la atmósfera.
Por lo tanto, para obtener H₂ debemos producirlo a partir de algún precursor que tenga átomos de hidrógeno en su constitución, como por ejemplo el agua (H₂O), la biomasa o petróleo, a través de diferentes métodos y empleando energía térmica o eléctrica.
El hidrógeno no es contaminante ya que difícilmente interactúa químicamente con el agua o el aire. El gas no es tóxico, pero tiene capacidad para desplazar el aire cuándo se lo libera intencional o accidentalmente en grandes volúmenes en una habitación cerrada. El hidrógeno mezclado con oxígeno (puro o el del aire) puede ser explosivo en presencia de una llama o una chispa. Sin perjuicio, con los debidos cuidados el H₂ no es peligroso.
Se le llama hidrógeno verde al gas hidrógeno que se produce de manera completamente limpia y sostenible, sin generar contaminación. Se obtiene mediante un proceso llamado electrólisis, que consiste en dividir las moléculas de agua (H₂O) en hidrógeno (H₂) y oxígeno (O₂) usando electricidad proveniente de fuentes renovables como la energía solar o eólica, no liberando dióxido de carbono (CO₂) en su producción.
La electrólisis del agua es un proceso electroquímico, donde la energía eléctrica se utiliza para “romper” la molécula de agua (H₂O), formando hidrógeno (H₂) y oxígeno (O₂). No es un concepto nuevo. De hecho, los primeros estudios y experimentos científicos relacionados con la electrólisis del agua a nivel de laboratorio, datan del año 1800 aproximadamente. A nivel industrial se produce H₂ mediante el uso de electrolizadores desde principios del siglo pasado.
Son dispositivos electroquímicos, similares a una batería, constituidos por el acoplamiento de varias celdas. La unidad básica de cada celda está formada por un cátodo donde ocurre la formación de H₂ y un ánodo, donde ocurre la formación de oxígeno. Los materiales que constituyen estas celdas son materiales especiales, muchos de ellos compuestos por metales nobles (platino, rutenio, iridio, paladio) y no nobles (níquel, cobalto, molibdeno, hierro).
Teóricamente, para producir 1 kg de H₂ mediante electrólisis, se necesitan 9 kg de agua (aproximadamente 9 litros), (aunque en la práctica se requieren aproximadamente 20 litros de agua por cada kg de H₂ producido. un poco más). Con la tecnología actual disponible, el agua a utilizar debe tener un muy alto grado de pureza (incluso mayor que el agua potable o el agua mineral). Existen tratamientos para purificar agua subterránea, superficial o incluso agua de mar, sin embargo cuántas más impurezas contenga el agua de partida más costoso será el tratamiento. Por lo tanto, para la producción de hidrógeno al menor costo posible se busca utilizar fuentes de agua de la mayor pureza disponible.
El principal cuidado que se debe tener es asegurar que las fuentes de agua, (ya sean subterráneas, superficiales o marítimas), sean gestionadas de manera sostenible para evitar sobreexplotación y contaminación. Es decir, que la extracción de agua tenga impactos que sean aceptables sobre los servicios ambientales u otros usos que el cuerpo de agua soporta. Eso es posible mediante el estudio y la caracterización de la fuente de agua y de un monitoreo adecuado y sostenido. Al igual que con cualquier emprendimiento, el impacto de la extracción para la producción de hidrógeno verde sobre un cuerpo de agua dependerá de las características de este cuerpo y de la cantidad que se vaya a producir. De todas formas esta afectación deberá ser estudiada como parte de la evaluación del impacto ambiental.
En el proceso de electrólisis del agua la molécula se descompone dando por un lado hidrógeno y por otro oxígeno. En el caso que el hidrógeno producido se use como combustible, el agua se recupera, ya que, al final del ciclo, a partir de la combustión o electrocombustión (en el caso de las celdas de combustible) del hidrógeno de los derivados producidos a partir de este, se produce agua como producto. Sin embargo, si el hidrógeno se usa para obtener un plástico u otro producto no combustible, es posible que el agua no se recupere.
Por otro lado, es importante mencionar que en la naturaleza existen procesos similares donde también se descompone el agua, y esta se recupera al final del ciclo. Un ejemplo de esto es la fotosíntesis, donde, a partir de la molécula de agua, energía solar y dióxido de carbono, se produce oxígeno y glucosa (molécula que combina hidrógeno, carbono y oxígeno). Finalmente, al final del ciclo, durante la combustión (o consumo para producir energía química por los organismos vivos) de los diferentes carbohidratos derivados de la glucosa, el hidrógeno y el oxígeno se vuelven a combinar reconstituyendo la molécula de agua perdida inicialmente.
Debido a su baja densidad se disipa rápidamente en la atmósfera cuando no se encuentra debidamente almacenado, por lo tanto no es fácil acumularlo. Algunas de las formas de poder almacenar el hidrógeno a gran escala y con seguridad, son mediante su compresión hasta que el gas alcance una elevada presión y/o enfriándolo a una muy baja temperatura, lo que podría permitir incluso su almacenamiento en estado líquido. Para esto se requiere un consumo extra de energía y además el uso de recipientes especiales, tanto para su almacenamiento como para su transporte. Otra forma de transporte del gas hidrógeno a largas distancias, es través de tuberías especiales, de forma similar a la utilizada para transportar el gas natural. Una alternativa de uso es esta, mezclándola en una determinada proporción en las tuberías ya existentes para el transporte del gas natural.