El hidrógeno sólido ha pasado de ser casi ciencia ficción a convertirse en uno de los campos más calientes de la transición energética. Desde startups nacidas en aulas universitarias hasta equipos de investigación que llevan décadas dándole vueltas al mismo problema, todos persiguen lo mismo: encontrar una forma segura, barata y eficiente de guardar la energía renovable que hoy desperdiciamos.
Ese desafío tiene mucho que ver con algo que ya estamos viviendo: cada vez hay más renovables, pero su producción es irregular. Cuando hace sol o sopla el viento generamos más electricidad de la que podemos consumir en el momento, y si no hay una manera inteligente de guardarla, gran parte se pierde o se “regala” al sistema a precios ridículos. Ahí entran en juego tecnologías como los hidruros metálicos, los discos de magnesio, los cilindros de hidrógeno sólido o los nuevos nanomateriales que absorben gases como si fueran una esponja.
Por qué el almacenamiento de energía es el gran cuello de botella
Muchos países, como España, ya sufren tensiones y desigualdades energéticas por esta situación. Hay zonas donde el potencial renovable es enorme, pero la red y los sistemas de almacenamiento no están preparados para gestionar tanto excedente. Esto ha generado conflictos entre territorios y serias dudas sobre cómo integrar más y más renovables sin colapsar el sistema.
Hoy se usan varias estrategias para tratar de guardar ese excedente: grandes baterías estacionarias, bombeo de agua a embalses (para luego turbinarla), baterías domésticas en instalaciones de autoconsumo… Pero todas tienen límites claros: coste alto, dependencia de materias primas críticas, necesidad de ubicaciones concretas o dificultades para escalar a nivel de país.
Por eso muchos expertos coinciden en que el almacenamiento es la asignatura pendiente para que las renovables puedan ser realmente independientes, sin apoyarse tanto en centrales de ciclo combinado o nucleares. Sin una forma flexible, segura y masiva de guardar electricidad, resulta complicado que estas tecnologías dominen por completo el mercado energético.
Hidrógeno como vector energético: qué aporta frente a otras soluciones
En ese contexto, el hidrógeno destaca como uno de los vectores energéticos más prometedores. Es el elemento químico más abundante del universo y forma parte de moléculas tan comunes como el agua o los hidrocarburos. Cuando se utiliza en pilas de combustible, se combina con el oxígeno del aire para generar electricidad, calor y agua como único residuo directo, sin emisiones de CO2 durante la conversión.
Además, el hidrógeno verde, producido a partir de renovables mediante electrólisis, encaja perfectamente con la necesidad de aprovechar excedentes eléctricos. En lugar de desperdiciar la electricidad sobrante, se usa para dividir el agua en hidrógeno y oxígeno. Ese hidrógeno se guarda y se reutiliza más adelante para producir electricidad, alimentar vehículos o suministrar calor.
Otra ventaja clave es su alta densidad energética por unidad de masa: el hidrógeno contiene aproximadamente tres veces más energía que la gasolina, lo que lo convierte en un combustible muy atractivo para transporte pesado, industria o aplicaciones donde el peso es crítico.
Sin embargo, el hidrógeno presenta un gran reto: cómo almacenarlo y transportarlo de forma práctica y segura. Tradicionalmente se han usado dos caminos: en forma de gas comprimido a alta presión o en forma líquida a temperaturas criogénicas. Ambos métodos requieren mucha energía, implican infraestructuras complejas y, en algunos casos, el uso de sustancias potencialmente peligrosas.
¿Existe realmente el hidrógeno sólido?
A nivel puramente físico, el hidrógeno sólido como elemento puro se conoce desde 1899. El investigador James Dewar fue el primero en producirlo, enfriándolo a temperaturas extremadamente bajas, por debajo de unos -259,14 ºC, cerca del cero absoluto. En estas condiciones tan extremas, el hidrógeno se solidifica.
Estudiar este material no es nada sencillo: las muestras son minúsculas y el hidrógeno interactúa poco con los rayos X, lo que complica mucho la caracterización de sus estructuras internas. Aun así, la ciencia ha identificado varias fases sólidas del hidrógeno, que dependen de la temperatura y, sobre todo, de la presión aplicada.
En la llamada Fase I, a bajas presiones y temperaturas, las moléculas de H2 todavía pueden moverse libremente. Al aumentar la presión a baja temperatura se pasa a la Fase II, hasta unos 110 GPa, donde ese movimiento se restringe. Si se incrementa aún más la presión hasta aproximadamente 160 GPa aparece la Fase III. Y subiendo la temperatura hasta unos pocos cientos de kelvin, en presiones por encima de 220 GPa, se accede a una Fase IV con propiedades todavía más complejas.
En cualquier caso, en condiciones normales de superficie terrestre no podemos encontrar hidrógeno sólido de forma natural. Lo que se está desarrollando para uso energético no es tanto ese sólido “puro” ultra frío, sino tecnologías que atrapan el hidrógeno dentro de materiales sólidos o en compuestos que se comportan, en la práctica, como un almacenamiento sólido, seguro y manejable.
ATOM H2: hidruros metálicos para guardar excedentes renovables
Uno de los ejemplos más llamativos viene de un grupo de ingenieros españoles que han creado el proyecto ATOM H2, ganador del James Dyson Award 2024 y premiado también en iniciativas de emprendimiento como EmprendeXXI en Catalunya. Esta startup nació literalmente en las aulas: sus fundadores, recién graduados en Ingeniería de Diseño Industrial e Ingeniería Química, se empeñaron en que su trabajo académico no se quedara guardado en un cajón.
La idea de ATOM H2 es relativamente sencilla de explicar, aunque tecnológicamente compleja: usar el excedente de energía renovable para producir hidrógeno y almacenarlo en estado sólido mediante hidruros metálicos. En lugar de recurrir a depósitos de gas a alta presión o tanques criogénicos, recurren a un material especial que “absorbe” el hidrógeno y lo retiene de forma compacta y segura.
El proceso parte de la electrólisis del agua. Cuando sobra electricidad procedente de paneles solares u otras fuentes renovables, se utiliza para dividir las moléculas de agua (H2O) en oxígeno e hidrógeno. Ese hidrógeno, en vez de comprimirse o licuarse, se introduce en un depósito donde reacciona con un material metálico formando hidruros. Así se consigue almacenar mucha más cantidad de hidrógeno en menos espacio y a presiones mucho más bajas.
Cuando hace falta energía, el sistema libera el hidrógeno de esos hidruros y lo envía a una pila de combustible. Allí el gas reacciona con el oxígeno del aire generando electricidad, calor y agua como subproducto. La empresa no detalla en sus materiales públicos si el agua se recicla de vuelta al sistema, pero sí subraya que el proceso no genera residuos contaminantes.
Según sus estimaciones teóricas, esta tecnología de hidrógeno sólido podría llegar a abastecer a decenas de millones de hogares al año, aunque reconocen que esa cifra está calculada a gran escala y que todavía queda mucho camino para llegar a ese nivel real de despliegue. Un punto interesante es que el sistema está diseñado de forma modular: se pueden añadir más unidades de almacenamiento según la demanda, algo clave para adaptarse a diferentes tamaños de instalación.
De las aulas a las torres de telecomunicaciones: aplicación real de ATOM H2
En sus primeros pasos, los fundadores de ATOM H2 pensaron en aplicar su tecnología directamente en viviendas, permitiendo a particulares almacenar su propia energía renovable en forma de hidrógeno sólido. Sin embargo, tras hablar con muchas empresas y analizar distintos nichos, vieron que el mercado residencial no era el encaje más inmediato.
El verdadero punto de inflexión llegó cuando se toparon con el sector de las torres de telecomunicaciones. Estas infraestructuras críticas suelen disponer de generadores diésel de respaldo que arrancan en caso de corte de luz o emergencias. Son sistemas fiables, pero altamente contaminantes y con costes crecientes asociados al combustible fósil.
El equipo vio ahí una enorme oportunidad: sustituir esos generadores diésel por un sistema híbrido basado en energía solar, baterías e hidrógeno sólido. Cuando la torre no necesita toda la energía generada, el excedente va a producir hidrógeno que se almacena en sus “bombonas sólidas”. Cuando hay un fallo de red o se requiere respaldo, el hidrógeno se convierte de nuevo en electricidad mediante pilas de combustible.
Este enfoque aporta varias ventajas: por un lado, reduce drásticamente las emisiones asociadas al respaldo energético de las telecomunicaciones; por otro, mejora la autonomía y la fiabilidad, al no depender del suministro de gasóleo. Además, la alta densidad de almacenamiento de los hidruros metálicos permite soluciones compactas y manejables.
ATOM H2 se encuentra ya en fase de industrialización, levantando una ronda de inversión de varios millones de euros, trabajando en su primera implementación comercial con un gran operador como Cellnex y participando en programas internacionales como el Acelerador de Innovación en Defensa del Atlántico (DIANA) de la OTAN. Su objetivo a corto plazo es desplegar sus primeras unidades comerciales y validar el modelo en campo.
Discos de hidrógeno sólido: el enfoque francés con magnesio y grafito
En paralelo a la iniciativa española, un equipo de investigadores franceses ha desarrollado un sistema de almacenamiento de hidrógeno sólido en forma de discos que recuerdan a los antiguos vinilos de 33 rpm. Este trabajo, que les ha valido ser finalistas en la categoría de Investigación del Premio al Inventor Europeo 2023, es el resultado de más de dos décadas de estudio combinando física, ingeniería e industria.
El proyecto arrancó en el Instituto Néel de Grenoble, donde el equipo liderado por Daniel Fruchart pasó una década investigando formas de almacenar hidrógeno en estado sólido. Posteriormente, el grupo de Patricia de Rango tomó el relevo, centrando sus esfuerzos en el diseño de tanques eficientes y reversibles.
La gran clave tecnológica fue el uso de hidruro de magnesio (MgH2) combinado con grafito expandido. El magnesio es uno de los materiales más eficaces para absorber hidrógeno, pero el proceso de liberación va acompañado de una liberación de calor que debe manejarse bien. El grafito expandido actúa como “gestor térmico”, ayudando a disipar ese calor y a controlar mejor las reacciones.
Este enfoque reversible fue impulsado cuando Fruchart y el industrial Michel Jehan fundaron la empresa McPhy en 2008. Jehan aportó su experiencia en la fabricación de gránulos de magnesio y polvos microscópicos, así como maquinaria a gran escala, lo que permitió traducir los resultados de laboratorio en soluciones más cercanas al mercado, pese a las dificultades típicas de una startup.
El resultado es un sistema de discos que puede almacenarse de forma estable, consume menos energía que la compresión o licuefacción, no reacciona espontáneamente con el aire y mantiene su capacidad en el tiempo. Estos discos se pueden colocar sobre una superficie sin riesgo de combustión, lo que facilita su manejo y transporte.
Comercialización internacional y usos potenciales de los discos sólidos
Lejos de ser sólo un experimento de laboratorio, el almacenamiento en discos de hidrógeno sólido ya se ha comercializado en países como Italia y Japón. Además, el equipo mantiene conversaciones avanzadas en Noruega para adaptar esta tecnología a transbordadores, transporte marítimo y grandes industrias químicas.
El potencial de este sistema reside en que ofrece una alta densidad de almacenamiento en un formato compacto y modulable. Al poder manipular los discos casi como si fueran “combustible sólido”, se facilita su integración en entornos donde los tanques de gas a alta presión resultan complicados o poco seguros.
Desde transporte por carretera y marítimo hasta generación de electricidad distribuida o aplicaciones industriales, hay una amplia gama de sectores que pueden beneficiarse de un hidrógeno sólido estable y reversible. La capacidad de adaptar el sistema a distintas escalas —desde pequeños módulos a grandes tanques— abre la puerta a arquitecturas energéticas muy flexibles.
Otro punto fuerte es la seguridad inherente del almacenamiento en estado sólido. Al estar el hidrógeno integrado en un material, el riesgo de fugas catastróficas o explosiones disminuye de manera notable frente a sistemas de gas comprimido. Esto puede facilitar su aceptación social y regulatoria en entornos sensibles.
Si a todo ello se suma que cada vez hay más presión para reducir emisiones en sectores como la navegación o la química pesada, se entiende por qué este tipo de tecnologías suscitan tanto interés. Permitiría descarbonizar procesos sin renunciar a un combustible versátil como el hidrógeno.
Photoncycle: cilindros de hidrógeno sólido para hogares y edificios
Otra línea de innovación llega desde el norte de Europa. La startup Photoncycle está desarrollando un sistema de almacenamiento estacional de energía basado en un cilindro de cobre aislado con una gruesa capa de espuma de poliestireno que contiene una solución patentada de hidrógeno en forma sólida.
Este prototipo, actualmente instalado en el sótano de un parque científico en Oslo y con el tamaño aproximado de una silla, aspira a crecer hasta alcanzar unos tres metros cúbicos en su versión comercial, enterrado a pocos metros de edificios residenciales. Su función es sencilla: conectarse a paneles solares cercanos, absorber toda la electricidad que no se use en verano y liberarla en forma de energía útil durante el invierno.
Según su fundador, sólo se aprovecha alrededor del 50 % de la energía solar que se produce en verano en muchos países del norte. El resto termina desperdiciándose o vendiéndose a la red a precios muy bajos. Si se consigue guardar ese excedente en hidrógeno sólido y usarlo más tarde, cuando la demanda y los precios suben, se genera un valor añadido enorme tanto para los usuarios como para el sistema eléctrico.
Photoncycle emplea una celda de combustible reversible de alta temperatura, capaz de funcionar en ambos sentidos: producir hidrógeno a partir de electricidad y, en sentido inverso, generar electricidad —y calor— a partir de ese hidrógeno. El punto diferencial de su propuesta es que el hidrógeno se “encierra” en un sólido no inflamable, con una densidad energética superior a la de las baterías de litio, y sin necesidad de enfriamiento criogénico.
Uno de los retos que la empresa está abordando es la gestión de las pérdidas de calor durante la conversión de hidrógeno dentro y fuera de la celda de combustible. De hecho, su objetivo es aprovechar precisamente ese calor para cubrir parte de las necesidades térmicas de los hogares, algo nada despreciable si se tiene en cuenta que aproximadamente el 70 % del consumo energético doméstico se destina a calefacción.
Instalación, mercado objetivo y estrategia de Photoncycle
El sistema de Photoncycle está pensado para instalarse en un solo día, incluyendo los paneles solares y la conexión a la infraestructura existente del edificio. Una vez en marcha, podría sustituir por completo al gas natural en un esquema de calor y energía combinados, proporcionando electricidad y calefacción a partir de energía renovable almacenada.
Otro punto atractivo es que los propietarios podrían vender a la red el excedente que no consuman, mejorando la rentabilidad de su inversión en renovables. Este tipo de soluciones encaja especialmente bien en países con precios de la energía muy altos, como Dinamarca, que es el mercado de prueba elegido por la compañía.
Desde el punto de vista de seguridad, el hecho de que el hidrógeno sólido de Photoncycle no sea inflamable en condiciones normales y no requiera temperaturas extremas de operación reduce muchas de las preocupaciones asociadas a este gas. La mayor densidad energética frente a las baterías les permite, además, ofrecer autonomía a largo plazo sin ocupar tanto espacio.
La empresa sigue trabajando en la optimización de la eficiencia, la recuperación de calor y la reducción de costes, pero su enfoque ilustra muy bien cómo el hidrógeno sólido puede integrarse directamente en edificios, no sólo en grandes instalaciones industriales. Si logran escalar la tecnología y abaratarla, podrían cambiar la forma en que se concibe el almacenamiento de energía solar en climas fríos.
Método australiano de ball milling: gases atrapados en nanopolvos
Una aproximación radicalmente distinta al problema del almacenamiento de gases viene de la Universidad de Deakin, en Australia. Un equipo de investigadores ha desarrollado un proceso llamado “ball milling” que permite separar, almacenar y transportar grandes cantidades de gas —incluido el hidrógeno— en forma sólida, reduciendo de forma drástica los costes energéticos y sin generar residuos.
En esencia, el método consiste en introducir un polvo de nitruro de boro dentro de una cámara que también contiene pequeñas bolas de acero inoxidable y el gas o mezcla de gases que se quiera procesar. La cámara gira a velocidades crecientes, haciendo que las bolas choquen contra el polvo y las paredes, provocando una reacción física que atrapa el gas dentro de la estructura del nanomaterial sólido.
Dependiendo del gas, la velocidad de absorción varía, lo que permite ir separándolos de manera selectiva si se trabaja con mezclas. Una vez atrapados en el polvo, esos gases se pueden transportar de forma muy sencilla y segura. Cuando se desea recuperarlos, basta con aplicar un calentamiento controlado para que vuelvan a su estado gaseoso original, mientras que el polvo también retorna a su forma inicial, listo para reutilizarse.
Los investigadores han repetido este experimento decenas de veces, hasta convencerse de que los resultados eran consistentes. El proceso puede repetirse hasta 50 ciclos con la formulación actual, manteniendo una capacidad muy alta de absorción. Además, al operar a temperatura ambiente, no requiere sistemas criogénicos ni enormes consumos energéticos.
En términos de eficiencia, el equipo calcula que este método usa alrededor de 77 kilojulios por segundo para almacenar y separar 1.000 litros de gases, una energía comparable a la necesaria para que un vehículo eléctrico medio recorra unos 320 kilómetros. Aplicado al hidrógeno, estiman que la energía requerida podría ser un tercio o incluso un cuarto de la que se necesita para comprimir el gas por los métodos tradicionales.
Impacto en refinado de petróleo, hidrógeno verde y transporte
Uno de los datos más llamativos que señalan los investigadores es que los procesos actuales de destilación criogénica para refinar petróleo consumen cerca del 15 % de la energía mundial. Su nuevo método podría reducir ese gasto hasta en un 90 %, lo que supondría una revolución no sólo para el sector de los hidrocarburos, sino para cualquier industria que requiera separar y manipular grandes volúmenes de gas.
En el caso del hidrógeno, el ball milling abre la puerta a almacenar enormes cantidades de hidrógeno verde de forma sólida, segura y reutilizable, con un consumo energético muy reducido en comparación con la compresión o licuefacción. El nanomaterial no genera residuos y el gas sólo se libera cuando se calienta unos cientos de grados, lo que garantiza una estabilidad notable en condiciones normales.
Este enfoque puede ser crucial para facilitar el transporte a larga distancia de hidrógeno, permitiendo moverlo en forma de polvo sólido y liberarlo en destino. Los investigadores no descartan aplicaciones en movilidad (coches, camiones), aunque reconocen que todavía es necesario trabajar en diseños de tanques específicos, mecanismos de liberación controlada y procedimientos de repostaje adaptados.
Más allá del hidrógeno, la misma técnica podría aplicarse a gases como el amoníaco u otros combustibles gaseosos, lo que amplía mucho el abanico de posibles usos. De momento, se trata de una investigación en fase relativamente temprana, pero con un potencial enorme para transformar tanto el sector energético como el químico.
En conjunto, este tipo de innovaciones muestran que la idea de “hidrógeno sólido” no se limita a un único camino tecnológico. Puede ser un hidruro metálico, un disco de magnesio, un cilindro enterrado junto a un edificio o un nanopolvo de nitruro de boro cargado de gas; todos persiguen hacer del hidrógeno un vector práctico y competitivo frente a las alternativas fósiles.
El papel de las pilas de combustible en este nuevo ecosistema
Todo este despliegue de tecnologías de almacenamiento tendría poco sentido sin un dispositivo capaz de convertir el hidrógeno de vuelta en electricidad de forma limpia y eficiente. Ahí entran en escena las pilas de combustible (fuel cells), cuya historia se remonta a 1839, cuando William Grove desarrolló la primera celda de hidrógeno y oxígeno.
Durante buena parte del siglo XX, el avance fue lento, pero a partir de los años 60 las pilas de combustible se convirtieron en un componente esencial de las misiones espaciales de la NASA, proporcionando electricidad y agua potable a los astronautas. Desde entonces han ido evolucionando hacia aplicaciones terrestres mucho más variadas.
El funcionamiento básico es relativamente sencillo de entender: el hidrógeno entra por el ánodo y el oxígeno por el cátodo. En el ánodo, el hidrógeno se separa en protones y electrones. Los electrones viajan por un circuito externo, generando corriente eléctrica útil, mientras que los protones atraviesan el electrolito. En el cátodo, se combinan con el oxígeno y los electrones que regresan, formando agua y liberando calor.
Existen varios tipos de pilas de combustible, diferenciados por los materiales y la temperatura de operación. Las pilas alcalinas y de membrana de polímero (PEM) funcionan a baja temperatura y son idóneas para aplicaciones móviles y portátiles, siendo las PEM las más utilizadas en vehículos de hidrógeno actuales. Las pilas de carbonatos fundidos y de óxido sólido trabajan a temperaturas más elevadas, adecuadas para generación estacionaria a gran escala y cogeneración, y pueden operar con combustibles distintos al hidrógeno, como gas natural.
Estas tecnologías ya se están utilizando en una amplia variedad de contextos: generadores portátiles, sistemas estacionarios para hogares y empresas, vehículos ligeros y pesados, trenes, barcos e incluso submarinos. Su gran baza es que permiten producir electricidad de forma muy eficiente y sin emisiones locales de CO2 si el hidrógeno de entrada es renovable.
Retos pendientes y perspectivas de las pilas de combustible y el hidrógeno sólido
Pese a todos estos avances, tanto las pilas de combustible como las distintas formas de hidrógeno sólido tienen todavía varios desafíos por delante. Por un lado, es necesario seguir mejorando la durabilidad de los sistemas, especialmente en aplicaciones móviles y en ciclos de carga y descarga intensivos.
Por otro, los costes siguen siendo un obstáculo importante. Hay componentes caros (como ciertos catalizadores) y procesos de fabricación que todavía no se han beneficiado plenamente de economías de escala. La infraestructura de distribución y suministro de hidrógeno también debe expandirse para que estas soluciones puedan desplegarse masivamente.
Sin embargo, la dirección parece clara: hay una inversión creciente en I+D, una presión regulatoria fuerte para reducir emisiones y un ecosistema de startups, universidades e industria muy activo. Las historias de proyectos como ATOM H2, Photoncycle, el equipo francés de discos de magnesio o los investigadores australianos de Deakin demuestran que se están explorando muchos caminos en paralelo.
Todo apunta a que el hidrógeno —en sus distintas formas de almacenamiento, incluido el estado sólido en materiales avanzados— será una pieza clave del rompecabezas energético junto a otras tecnologías como las baterías, el almacenamiento hidráulico y las redes inteligentes. A medida que estas soluciones maduren y se abaraten, es probable que veamos cómo pasan de laboratorios y pilotos a convertirse en parte normal del paisaje energético de ciudades, industrias y hogares.
Mirando todo este panorama, se dibuja un futuro en el que la energía renovable no se pierda cuando el sol brilla demasiado o el viento sopla de más, sino que pueda atraparse en sólidos aparentemente inofensivos —discos, cilindros, polvos, tanques de hidruros— y ponerse en juego justo cuando hace falta, alimentando pilas de combustible que transforman ese hidrógeno en electricidad y calor sin humo ni ruido, cerrando así un círculo energético mucho más limpio y flexible que el que hemos conocido hasta ahora.
