Las empresas y los grupos industriales a menudo se unen para promocionar sus productos. Mucho más inusual fue el paso que dieron el mes pasado 10 de las principales compañías energéticas europeas y dos de los principales organismos de la industria renovable del continente, que se unieron para lanzar una campaña promocionando un producto que ninguna de ellas vende.
Ese producto es hidrógeno renovable o "verde". Y aunque hoy no es una preocupación central para esas empresas (Enel, EDP, BayWa y otras) o grupos industriales (SolarPower Europe y WindEurope), todos ven que el hidrógeno verde juega un papel vital para lograr una descarbonización profunda del sistema energético.
El interés en el hidrógeno verde se está disparando entre las principales empresas de petróleo y gas. Europa planea hacer que el hidrógeno sea una gran parte de su paquete Green Deal de un billón de dólares, y se espera que se publique una estrategia de hidrógeno verde en toda la UE en julio.
No podemos electrificar todo, dijo el director ejecutivo de WindEurope, Giles Dickson. Algunos procesos industriales y el transporte pesado tendrán que funcionar con gas. Y el hidrógeno renovable es el mejor gas. Está completamente limpio. Será asequible ahora que las energías renovables son tan baratas.
¿Qué es el hidrógeno verde? Una introducción a la paleta de colores de hidrógeno
Para un gas incoloro, se hace referencia al hidrógeno en términos muy coloridos.
De acuerdo con la nomenclatura utilizada por la firma de investigación de mercado Wood Mackenzie, la mayor parte del gas que ya se usa ampliamente como químico industrial es marrón, si se produce a través de la gasificación de carbón o lignito; o gris, si se hace a través de la reforma de metano con vapor, que normalmente utiliza gas natural como materia prima. Ninguno de estos procesos es exactamente amigable con el carbono.
Una opción supuestamente más limpia se conoce como hidrógeno azul, donde el gas se produce mediante la reformación del metano con vapor, pero las emisiones se reducen mediante la captura y el almacenamiento de carbono. Este proceso podría reducir aproximadamente a la mitad la cantidad de carbono producido, pero aún está lejos de ser libre de emisiones.
El hidrógeno verde, por el contrario, casi podría eliminar las emisiones mediante el uso de energía renovable, cada vez más abundante y, a menudo, generada en momentos menos que ideales, para impulsar la electrólisis del agua.
Una adición más reciente a la paleta de producción de hidrógeno es el turquesa. Esto se produce al descomponer el metano en hidrógeno y carbono sólido mediante un proceso llamado pirólisis. El hidrógeno turquesa puede parecer relativamente bajo en términos de emisiones porque el carbono puede ser enterrado o utilizado para procesos industriales como la fabricación de acero o la fabricación de baterías, por lo que no se escapa a la atmósfera.
Sin embargo, investigaciones recientes muestran que es probable que el hidrógeno turquesa no sea más libre de carbono que la variedad azul, debido a las emisiones de los suministros de gas natural y al calor de proceso requerido.
¿Cómo se hace hidrógeno verde?
Con la electrólisis, todo lo que necesita para producir grandes cantidades de hidrógeno es agua, un gran electrolizador y abundante suministro de electricidad.
Si la electricidad proviene de fuentes renovables como la eólica, la solar o la hidráulica, entonces el hidrógeno es efectivamente verde; las únicas emisiones de carbono provienen de las incorporadas en la infraestructura de generación.
El desafío en este momento es que los electrolizadores grandes son escasos y los abundantes suministros de electricidad renovable aún tienen un precio significativo.
En comparación con los procesos de producción más establecidos, la electrólisis es muy costosa, por lo que el mercado de electrolizadores ha sido pequeño.
Y aunque la producción de energía renovable ahora es lo suficientemente grande como para causar curvas de pato en California y problemas de red en Alemania, la sobreproducción es un desarrollo relativamente reciente. La mayoría de los mercados de energía todavía necesitan muchas energías renovables solo para servir a la red.
¿Cómo almacenas y usas estas cosas?
Teóricamente, hay muchas cosas útiles que puedes hacer con el hidrógeno verde. Puede agregarlo al gas natural y quemarlo en centrales térmicas o de calefacción urbana. Puede usarlo como precursor de otros vectores de energía, desde amoníaco hasta hidrocarburos sintéticos, o para alimentar directamente celdas de combustible en automóviles y barcos, por ejemplo.
Para empezar, puede usarlo simplemente para reemplazar el hidrógeno industrial que se produce cada año a partir del gas natural y que asciende a alrededor de 10 millones de toneladas métricas solo en los EE. UU.
El principal problema para satisfacer todos estos mercados potenciales es llevar hidrógeno verde a donde se necesita. Almacenar y transportar el gas altamente inflamable no es fácil; ocupa mucho espacio y tiene la costumbre de hacer que las tuberías de acero y las soldaduras se vuelvan quebradizas y propensas a fallar.
Debido a esto, el transporte a granel de hidrógeno requerirá tuberías dedicadas, que serían costosas de construir, presurizar el gas o enfriarlo hasta convertirlo en líquido. Esos dos últimos procesos consumen mucha energía y mellarían aún más la ya decepcionante eficiencia de ida y vuelta del hidrógeno verde (ver más abajo).
¿Por qué el hidrógeno verde de repente es tan importante?
Uno de los caminos hacia la descarbonización casi total es electrificar todo el sistema energético y utilizar energía renovable limpia. Pero electrificar todo el sistema energético sería difícil, o al menos mucho más costoso que combinar la generación renovable con combustibles bajos en carbono. El hidrógeno verde es uno de varios combustibles potenciales bajos en carbono que podrían reemplazar a los hidrocarburos fósiles actuales.
Es cierto que el hidrógeno está lejos de ser ideal como combustible. Su baja densidad hace que sea difícil de almacenar y mover. Y su inflamabilidad puede ser un problema, como destacó la explosión de una estación de servicio de hidrógeno noruega en junio de 2019.
Pero otros combustibles bajos en carbono también tienen problemas, uno de los cuales es el costo. Y dado que la mayoría de ellos requieren la producción de hidrógeno verde como precursor, ¿por qué no seguir con el producto original?
Los defensores señalan que la industria ya utiliza ampliamente el hidrógeno, por lo que es poco probable que los problemas técnicos relacionados con el almacenamiento y el transporte sean insuperables. Además, el gas es potencialmente muy versátil, con posibles aplicaciones en áreas que van desde la calefacción y el almacenamiento de energía a largo plazo hasta el transporte.
La oportunidad de que el hidrógeno verde se aplique en una amplia gama de sectores significa que hay un gran número de empresas que podrían beneficiarse de una economía de combustible de hidrógeno floreciente. De estos, quizás los más importantes son las empresas de petróleo y gas que se enfrentan cada vez más a las llamadas para reducir la producción de combustibles fósiles.
Varias grandes petroleras se encuentran entre los jugadores que luchan por la primera posición en el desarrollo de hidrógeno verde. Shell Nederland, por ejemplo, confirmó en mayo que había unido fuerzas con la empresa de energía Eneco para ofertar por capacidad en la última licitación holandesa de energía eólica marina para poder crear un clúster de hidrógeno sin precedentes en los Países Bajos. Días después, el desarrollador solar de BP, Lightsource BP, reveló que estaba considerando el desarrollo de una planta australiana de hidrógeno verde alimentada por 1,5 gigavatios de capacidad eólica y solar.
El interés de Big Oil en el hidrógeno verde podría ser fundamental para que el combustible sea viable comercialmente. Reducir el costo de la producción de hidrógeno verde requerirá una inversión masiva y una escala masiva, algo que las grandes petroleras están en una posición única para proporcionar.
¿Cuánto cuesta hacer hidrógeno verde?
El hidrógeno verde sigue siendo caro de producir hoy en día. En un informe publicado el año pasado (usando datos de 2018), la Agencia Internacional de Energía calculó el costo del hidrógeno verde entre $3 y $7,50 por kilo, en comparación con $0,90 a $3,20 para la producción mediante reformación de metano con vapor.
Reducir el costo de los electrolizadores será fundamental para reducir el precio del hidrógeno verde, pero eso llevará tiempo y escala. Los costos de electrolizadores podrían reducirse a la mitad para 2040, desde alrededor de $ 840 por kilovatio de capacidad actual, dijo la AIE el año pasado.
El caso de negocios para el hidrógeno verde requiere cantidades muy grandes de electricidad renovable barata porque una buena cantidad se pierde en la electrólisis. Las eficiencias de los electrolizadores oscilan entre el 60 y el 80 por ciento, según Shell. El desafío de la eficiencia se ve exacerbado por el hecho de que muchas aplicaciones pueden requerir hidrógeno verde para alimentar una celda de combustible, lo que genera más pérdidas.
Algunos observadores han teorizado que la producción de hidrógeno verde podría absorber el exceso de capacidad de energía renovable de los grandes centros de producción, como los parques eólicos marinos de Europa. Sin embargo, dado el costo aún alto de los electrolizadores, es cuestionable si los desarrolladores de proyectos de hidrógeno verde estarían dispuestos a dejar que sus electrolizadores permanezcan inactivos hasta que los precios de las energías renovables caigan por debajo de cierto nivel.
Lo más probable es que, como Lightsource BP y Shell ya están considerando, los desarrolladores construyan plantas de producción de hidrógeno verde con activos dedicados a la generación de energía renovable en ubicaciones de altos recursos.
¿Cuánto hidrógeno verde se está produciendo?
No mucho, en el gran esquema de las cosas. El hidrógeno verde actualmente representa menos del 1 por ciento de la producción anual total de hidrógeno, según Wood Mackenzie.
Pero WoodMac prevé un auge de la producción en los próximos años. La cartera de proyectos de electrolizadores de hidrógeno verde casi se triplicó en los cinco meses previos a abril de 2020, a 8,2 gigavatios. El aumento fue impulsado principalmente por un aumento en los despliegues de electrolizadores a gran escala, con 17 proyectos programados para tener 100 megavatios o más de capacidad.
Y no se trata simplemente de que se desarrollen más proyectos. Para 2027, el tamaño promedio de los sistemas de electrolizadores probablemente superará los 600 megavatios, dice WoodMac.
¿Quién lidera el desarrollo del hidrógeno verde?
El hidrógeno verde parece estar en la mente de todos en este momento, con al menos 10 países que buscan el gas para la seguridad energética futura y las posibles exportaciones. La última nación en subirse al carro es Portugal, que en mayo dio a conocer una estrategia nacional de hidrógeno que se estima que tendrá un valor de 7.000 millones de euros (7.700 millones de dólares) hasta 2030.
Junto con las empresas de petróleo y gas, los desarrolladores de energías renovables ven el hidrógeno verde como un mercado emergente, y el líder de la energía eólica marina, Ørsted, anunció el mes pasado el primer gran proyecto dirigido exclusivamente al sector del transporte.
Más allá de estos grandes nombres, una gran cantidad de empresas más pequeñas esperan obtener una porción del creciente pastel de hidrógeno verde. Es posible que empresas como ITM Power no sean tan conocidas hoy en día, pero si el hidrógeno verde cumple una fracción de su promesa, algún día podría ser enorme.
¿Y los vehículos de hidrógeno?
Ah, sí. El llamativo Toyota Mirai ayudó a alimentar las primeras esperanzas de que los vehículos de celdas de combustible de hidrógeno pudieran competir con los autos eléctricos para tomar el relevo del motor de combustión interna. Pero a medida que el mercado de vehículos eléctricos ha crecido, la perspectiva de que el hidrógeno sea un competidor serio se ha desvanecido, al menos en el segmento de vehículos de pasajeros.
En la actualidad, hay aproximadamente 7600 automóviles con celdas de combustible de hidrógeno en las carreteras estadounidenses, en comparación con los más de 326 400 eléctricos enchufables que se vendieron en los EE. UU. solo el año pasado.
Dicho esto, los expertos aún esperan que el hidrógeno desempeñe un papel en la descarbonización de algunos segmentos de vehículos, con montacargas y camiones pesados ??entre los que tienen más probabilidades de beneficiarse.
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Lectura adicional de Wood Mackenzie, The Future for Green Hydrogen
¿Cómo hacer hidrógeno a partir de energías renovables?
Reformado de líquidos renovables: los combustibles líquidos renovables, como el etanol, reaccionan con vapor a alta temperatura para producir hidrógeno cerca del punto de uso final. Fermentación: la biomasa se convierte en materias primas ricas en azúcar que se pueden fermentar para producir hidrógeno.
Está produciendo hidrógeno ecológico.
Por lo tanto, los recursos de energía renovable se consideran contendientes que pueden cumplir con la mayoría de los requisitos energéticos. Entre ellos, el hidrógeno es considerado como el combustible más respetuoso con el medio ambiente.
¿Cuál es la forma más sostenible de producir hidrógeno?
Los procesos fotolíticos o de división solar directa del agua utilizan la energía de la luz para dividir el agua en hidrógeno y oxígeno. Estos procesos se encuentran actualmente en varias etapas iniciales de investigación, pero ofrecen un potencial a largo plazo para la producción sostenible de hidrógeno con un bajo impacto ambiental.
¿Es el hidrógeno una tecnología renovable?
En la generación de energía, el hidrógeno es una de las principales opciones para almacenar energía renovable, y el hidrógeno y el amoníaco se pueden usar en turbinas de gas para aumentar la flexibilidad del sistema de energía. El amoníaco también podría usarse en centrales eléctricas de carbón para reducir las emisiones.