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Feb 04, 2024

Cinco mitos sobre el hidrógeno

El hidrógeno producido a partir de electricidad renovable es una solución climática innovadora. Se puede producir para que emita nada más que oxígeno y, cuando se usa, no produce dióxido de carbono, lo que lo convierte en un atractivo

El hidrógeno producido a partir de electricidad renovable es una solución climática innovadora. Se puede producir para emitir nada más que oxígeno y, cuando se utiliza, no produce dióxido de carbono, lo que lo convierte en una alternativa atractiva a los combustibles fósiles contaminantes que se utilizan en la actualidad. Pero como ocurre con cualquier tecnología nueva, abundan los mitos sobre su función y aplicaciones. Aquí abordamos algunos de los mitos y conceptos erróneos más importantes en torno al hidrógeno, adaptados de nuestra extensa serie "Reality Check".

En teoría, el hidrógeno se puede utilizar para descarbonizar casi todos los sectores. Pero sólo porque pueda, no significa que deba hacerlo. Como una de las varias herramientas en la caja de herramientas de descarbonización, se debe priorizar el hidrógeno después de la eficiencia energética cuando la electrificación directa no sea posible. En particular, el potencial del hidrógeno para descarbonizar la industria pesada y el transporte de manera rentable lo convierte en una parte necesaria de la transición a la energía limpia.

Uno de los factores que limitan la descarbonización global es la escasez y el valor de la electricidad renovable, que se utiliza para producir hidrógeno “verde”. El mundo ya necesita una infraestructura eléctrica mucho más limpia, ya que se espera que el consumo de energía en 2050 se duplique sólo debido al crecimiento demográfico y económico, y sólo el 10 por ciento de la electricidad actual proviene de la energía solar y eólica. Si a eso le sumamos la electricidad necesaria para producir hidrógeno verde para descarbonizar la industria pesada y el transporte, el consumo de energía podría triplicarse.

En este contexto, a nivel macro, es importante priorizar la reducción del consumo de electricidad y el uso más eficiente de la electricidad renovable. Como tal, muchos de los casos de negocio actuales a nivel micro del hidrógeno para calentar edificios, generar energía o alimentar vehículos ligeros son más adecuados para inversiones en eficiencia energética o electrificación directa (ver Anexo 1 a continuación).

Cuadro 1: Electricidad necesaria (kWh) para reducir las emisiones del transporte ligero, el calor de los edificios y la generación de energía en 1 kg de CO2e utilizando hidrógeno verde o electrificación directa.

El hidrógeno es clave para alcanzar nuestros objetivos climáticos, pero implementarlo en casos donde la eficiencia energética y la electrificación directa son mejores opciones obstaculizará nuestra capacidad de descarbonizar nuestro sistema energético de manera rápida y rentable. Para maximizar el uso eficiente de la valiosa electricidad limpia en todo el sistema, se debe utilizar hidrógeno cuando estas soluciones no sean posibles.

Las aplicaciones de la industria pesada, como la fabricación de fertilizantes o acero, junto con el transporte pesado de larga distancia, son aplicaciones del hidrógeno que no tienen por qué arrepentirse hoy en día, a las que con el tiempo podrían sumarse la aviación y el almacenamiento de energía de larga duración. En pocas palabras, necesitamos hidrógeno, pero no para todo.

El término “hidrógeno limpio” no tiene una definición universalmente aceptada, pero en términos generales, el hidrógeno “limpio” se refiere a cualquier hidrógeno producido con menores emisiones que los actuales métodos basados ​​en combustibles fósiles. Si bien existen muchas vías de producción limpia de hidrógeno a menudo categorizadas por “colores”, dos tipos más comunes (verde y azul) ejemplifican las principales consideraciones:

Tanto el hidrógeno verde como el azul están recibiendo atención hoy en día por sus beneficios de reducción de carbono, pero estas vías no son iguales en su certeza de producir hidrógeno de bajas emisiones. Además, una simple codificación de colores es insuficiente para aclarar las emisiones de cada línea de producción. Dependiendo de las diferencias en la cadena de suministro y el desempeño de la tecnología, dos suministros de hidrógeno con el mismo “color” pueden tener huellas de carbono muy diferentes, como se ve en el Cuadro 2. Comprender estas diferencias requiere visibilidad de la intensidad de carbono de la cadena de suministro.

Cuadro 2: La intensidad de carbono del hidrógeno varía ampliamente, dependiendo del método de producción, las tasas de fuga de metano y las tasas de captura de carbono para el reformado de metano con vapor (SMR) en el caso del hidrógeno "azul" derivado del gas natural. Nota: Los cálculos suponen una vida útil del metano de 100 años.

En realidad, cada forma de producción de hidrógeno tiene diferentes riesgos de emisiones. Producir hidrógeno a partir de electricidad renovable es la forma más sencilla de garantizar que las emisiones sean cercanas a cero, pero todos los métodos de producción requerirán regulaciones adicionales para cumplir con la marca. Las cadenas de suministro deben gestionarse estrictamente con una visión de las emisiones desde la cuna hasta la puerta para maximizar los beneficios climáticos del hidrógeno.

Los estudios emergentes presentan escenarios en los que la fuga de hidrógeno contribuye significativamente al calentamiento climático. Es cierto que el hidrógeno filtrado a la atmósfera en cualquier punto de la cadena de suministro puede actuar como un gas de efecto invernadero indirecto, reaccionando con contaminantes como el metano para prolongar su vida en la atmósfera. El hidrógeno filtrado también puede afectar las concentraciones de ozono, dañando potencialmente la calidad del aire y la recuperación de la capa de ozono, y puede crear vapor de agua en la atmósfera, potenciando el efecto de los gases de efecto invernadero.

Sin embargo, incluso con altas tasas de fuga, el hidrógeno verde tiene un beneficio climático innegablemente positivo a corto y largo plazo, especialmente en comparación con el daño climático demostrablemente grande causado por los combustibles fósiles que reemplaza en toda la cadena de suministro (Anexo 3).

Cuadro 3: Los impactos de las emisiones del hidrógeno a lo largo de la cadena de suministro son menores que los del gas natural, dadas las grandes y altamente variables emisiones de metano del gas natural. Fundamentalmente, como combustible libre de carbono, el hidrógeno elimina todas las emisiones de CO2e que se producen en la quema de combustibles fósiles.

Incluso en una improbable realidad alternativa no regulada con altas tasas de fuga, el hidrógeno sigue siendo beneficioso en nuestra carrera por la descarbonización. El hidrógeno azul brindará ventajas sobre sus alternativas de combustibles fósiles que no disminuyen, pero su alineación climática sigue siendo más incierta que la del hidrógeno verde, dados los importantes riesgos de emisiones derivadas de la fuga de metano, la eficiencia de la captura in situ y la permeabilidad del almacenamiento.

El desarrollo de tecnologías sólidas de prevención de fugas a través de conectores, compresores y recipientes de almacenamiento mejorados permitirá que los nuevos sistemas sean casi a prueba de fugas, y será importante implementar detectores de fugas confiables y rentables a escala. Los productores ya son proactivos a la hora de minimizar y detectar fugas desde una perspectiva de seguridad, pero estas técnicas de medición son más rudimentarias y están diseñadas para limitar el riesgo de ignición. Sin embargo, existen detectores más sensibles para monitorear pequeños volúmenes de fugas. Los incentivos para apoyar la medición a gran escala y la reducción de fugas impulsarán la inversión en dichas tecnologías a medida que se intensifique la carrera global por escalar el hidrógeno.

La realidad es que el hidrógeno verde está listo para desempeñar un papel importante en la reducción de emisiones globales para 2030.

Año tras año, las organizaciones han aumentado continuamente sus proyecciones sobre cuánta capacidad global de electrólisis estará disponible para producir hidrógeno a partir de electricidad en 2030. Las proyecciones realizadas este año son órdenes de magnitud mayores que las de años anteriores (Anexo 4).

Cuadro 4: Estimaciones históricas de la capacidad de electrólisis en 2030. Fuentes: Consejo del Hidrógeno, DNV Hydrogen Forecast to 2050; Perspectivas de Transición Energética de DNV 2020 y 2021; ETC, haciendo posible la economía del hidrógeno

A mediados de 2022, más de 34 países habían desarrollado estrategias nacionales en torno al hidrógeno. Los objetivos de producción nacional de hidrógeno verde de la UE para 2030 se cuadruplicaron hasta alcanzar los 10 millones de toneladas métricas, equivalentes a aproximadamente 100 GW de capacidad de electrolizadores, a través de la estrategia de transición REPowerEU. Dado el papel clave del hidrógeno verde en la descarbonización de la industria y el transporte pesado, permitiendo la seguridad energética interna y estabilizando los precios al consumidor, el mundo ha reconocido que necesitamos hidrógeno verde a escala, y lo necesitamos más rápido de lo que jamás pensamos.

El hidrógeno verde está bien posicionado para desempeñar un papel sustancial en la reducción de emisiones para 2030. Actualmente se están llevando a cabo proyectos a escala de gigavatios y la demanda está creciendo. La fabricación de electrolizadores está aumentando y sólo se acelerará a medida que más planes de proyectos lleguen a una decisión final de inversión. Ampliar esta nueva tecnología no significa empezar desde cero, ya que la infraestructura existente se puede aprovechar para llevar el hidrógeno a donde necesita llegar, y los primeros actores están simplificando el camino a seguir mediante inversiones en centros de hidrógeno o corredores de transporte ecológicos. El hidrógeno verde está aquí, y llegó para quedarse.

Producir la cantidad de hidrógeno que necesita la transición energética requerirá mucha agua, pero en el contexto de la cantidad de agua que ya utilizamos, la cantidad será insignificante. La Hoja de Ruta Nacional para el Hidrógeno Limpio de EE. UU. tiene como objetivo producir 50 millones de toneladas métricas de hidrógeno limpio anualmente para 2050. Producir todo este hidrógeno mediante electrólisis a 20 L/kg requeriría mil millones de metros cúbicos de agua, o el 0,26 por ciento del uso actual de agua en EE. UU. (Anexo 5 ). Este análisis no considera los posibles ahorros de agua derivados del reemplazo del hidrógeno en los procesos industriales que consumen mucha agua.

Gráfico 5: Se prevé que la producción de hidrógeno verde en EE. UU. en 2050 consumirá mucha menos agua que otros consumidores a gran escala que ya consumen hoy en día, incluida la agricultura y la producción de energía termoeléctrica. Fuentes: Energypost.eu; "Escenarios globales para una reducción significativa del uso de agua en centrales térmicas basados ​​en la estimación de la demanda de agua de refrigeración utilizando imágenes de satélite"; USGS; PRB.

Aunque a escala global las necesidades de agua del hidrógeno verde son pequeñas, es fundamental garantizar que el hidrógeno verde no agote los recursos locales de agua dulce. Los desarrolladores de hidrógeno deben priorizar el diseño de procesos eficientes y considerar la disponibilidad de agua local en el lugar del proyecto. En zonas de escasez de agua, la consideración de fuentes alternativas, como aguas residuales tratadas o agua de mar desalinizada, minimizará la dependencia de agua dulce.

La elección del hidrógeno verde no consumirá más agua que sus alternativas de hidrógeno “azul” de origen fósil y, a veces, incluso menos. El hidrógeno verde requiere un acumulado de 20 a 30 L/kg de agua, y el hidrógeno azul requiere de 32 a 39 L/kg de agua. En contexto con otros procesos de consumo de agua a gran escala que se utilizan en la actualidad, para producir la misma cantidad de energía, la producción de hidrógeno verde consume menos de la mitad del agua que la producción típica de carbón o electricidad nuclear.

Con consideraciones cuidadosas de ubicación, planificación y operación para la gestión local del agua, los proyectos de hidrógeno verde pueden minimizar la dependencia total de agua dulce y tener un impacto neto positivo en la región circundante.