¿Héroe salvador o distracción exagerada? El legado de la energía del hidrógeno aún está enciernes.
Las opiniones al respecto varían constantemente. Unas veces se considera que contribuye al aumento de las emisiones de carbono, ya que depende de procesos de producción basados en combustibles fósiles. Otras, recibe elogios por ser un catalizador vital en el camino hacia el cero neto, dado que ayuda a descarbonizar muchas de las industrias de las que dependemos a diario.
¿Cuál es la verdad? Incluso si realmente es una solución para el problema ambiental, ¿puede el hidrógeno expandirse más allá de los sectores químico y de refinamiento, donde aún está muy limitado, para convertirse en un componente significativo de la mezcla energética global?
La respuesta depende, quizás, de los métodos que utilizamos para generar nuestros suministros de hidrógeno globales.
Empecemos por lo más perjudicial.
- Reformado con vapor (SMR): aprovecha la reacción de metano (gas natural) con vapor para producir hidrógeno y monóxido de carbono. El SMR, el método de producción más utilizado actualmente, emite alrededor de 8-10 kg de CO2 por kg de hidrógeno fabricado.[1]
- Gasificación de carbón: también produce hidrógeno y CO2, pero usando una reacción de vapor con carbón, en lugar de gas. La gasificación de carbón consume mucha energía y es aún más dañina para el medioambiente, puesto que genera unos 14-15 kg de CO2 por kg de hidrógeno.
El hidrógeno producido mediante estos métodos se conoce comúnmente como “hidrógeno gris”.
Sin embargo, a nuestro alrededor tenemos una solución óptima para crear hidrógeno verdaderamente limpio: el agua.
- Electrólisis: un proceso que utiliza electricidad para dividir el agua en oxígeno e hidrógeno y solo emite 1-2 kg de CO2 por kg de hidrógeno producido.
- Fotólisis: una tecnología similar a la electrólisis que utiliza únicamente energía solar para dividir el agua y no genera carbono.
El hidrógeno creado a través de la electrólisis y la fotólisis se conoce como “hidrógeno verde”, la clase de hidrógeno que analistas y ecologistas conciben como un pilar de la futura mezcla energética ecológica.
Si ya hay tecnología capaz de producir hidrógeno limpio, ¿por qué no pasamos página y dejamos de lado el hidrógeno gris? Como tantas veces, los costes son los culpables.
Actualmente, producir hidrógeno verde cuesta 4-6 USD/kg, dos o tres veces más que el hidrógeno producido a través de SMR o carbón.[2] Ahora que el mundo se enfrenta tanto a una escasez de energía como a una contracción económica, el hidrógeno lucha por posicionarse como una alternativa comercialmente viable y expandible.
Aprovechar el poder del hidrógeno
La creciente demanda de hidrógeno y unos métodos de producción más limpios podrían logran que esta energía asumiera un papel destacado en una economía descarbonizada. Esto se aplica sobre todo en sectores cuyas emisiones han demostrado ser difíciles de mitigar, como el transporte y la industria pesada.
Entre todas las medidas de mitigación previstas en el escenario de cero emisiones netas de la AIE 2021-2050, que incluye otras estrategias potentes, como las energías renovables, la electrificación y la captura de carbono, el hidrógeno tiene asignado un 6 %[3].
Actualmente, la demanda de hidrógeno está limitada por factores como la desconexión de las regulaciones internacionales y la infraestructura inadecuada. Sin embargo, si estos obstáculos se eliminan, se prevé que el apetito global por el hidrógeno aumentará. Está previsto que el mercado de la energía de hidrógeno limpio alcance 642 000 millones de USD para 2030, 980 000 millones de USD para 2040 y 1048 000 millones de USD para 2050.[4]
La industria pesada y el transporte de larga distancia, que actualmente representan el 0,1 % del uso de hidrógeno en todo el mundo, podrían se responsables de una parte desproporcionada de este aumento en la demanda. De hecho, se augura que para 2050 estos sectores difíciles de descarbonizar representarán hasta un tercio del mercado mundial del hidrógeno.[5]
Esto presenta tres ventajas:
- Aire más limpio, en un mundo donde entre cuatro y diez millones de muertes al año se atribuyen a la contaminación ambiental por partículas.[6]
- Mayor seguridad energética, porque el hidrógeno se puede producir en cualquier lugar, lo que reduce la dependencia de los combustibles fósiles, limitados geográficamente.
- Mayor flexibilidad energética, ya que el hidrógeno es un medio de almacenamiento a largo plazo ideal para compensar los suministros fluctuantes de energía renovable.
A nivel mundial, el apoyo legislativo parece apostar por un futuro más impulsado por el hidrógeno. En algunos países vemos que comienzan a surgir una serie de políticas, que otras naciones podrían aplicar como plantillas para una implementación más amplia.
Juego de poder público/privado
China, líder en el sector, construyó 750 MW de nueva capacidad de electrolizadores el año pasado, un fuerte aumento frente a los 220 MW acumulados en 2022. Pero no es el único país que ha intensificado sus esfuerzos:
- India introdujo una National Green Hydrogen Mission en 2023, marcándose como objetivo ser el principal productor mundial de electrolizadores y generar 5 Mt de hidrógeno renovable para 2030.
- Reino Unido concedió los primeros contratos para proyectos de electrólisis de hidrógeno en 2023, tras la publicación el año anterior de su normativa Low-Carbon Hydrogen Standard.
- Estados Unidos, a través de su Inflation Reduction Act (IRA) incluyó incentivos financieros para los productores de hidrógeno limpio en su presupuesto de 369 mil millones de USD para energía verde.
- La UE celebró la primeras subastas para sus proyectos del Banco Europeo del Hidrógeno en 2023. España, Francia y Alemania tienen ambiciosos objetivos de alcanzar una producción nacional de hidrógeno de 4-6,5 GW para 2030.[7]
El sector privado también está mostrando un interés por el hidrógeno a escala internacional.[8]
Proton Motor Power Systems, un fabricante de celdas de combustible de hidrógeno y sistemas híbridos eléctricos con sede en el Reino Unido, ha presentado recientemente un innovador paquete de generación de energía de 90 kilovatios con aplicaciones para el transporte por carretera, el ferrocarril y los envíos. Pr su parte, la empresa surcoreana de gas natural SK E&S ha firmado un acuerdo con Korea South-East Power para producir electricidad utilizando hidrógeno verde y amoniaco. Asimismo, la japonesa Toshiba Energy Systems & Solutions Corp ha anunciado una asociación con el innovador marino de servicio pesado sueco Echandia para producir sistemas de celdas de combustible de hidrógeno puro destinados a usarse en alta mar.
Estos avances se basan en otras iniciativas recientes que acapararon titulares. En un notable acuerdo transatlántico, el fabricante francés de automóviles Groupe Renault ha establecido una agrupación empresarial con la estadounidense Plug Power Inc para promover los vehículos de hidrógeno en todos los mercados de transporte de Europa.
Estos y otros pioneros están intentando ampliar los proyectos de hidrógeno verde a niveles relevantes. Sin embargo, ¿hay límites en la sostenibilidad del hidrógeno? ¿Puede realmente hacer una contribución significativa para lograr un futuro más ecológico?
El hidrógeno está frenado por los costes y la falta de fiabilidad de la tecnología de CCUS
A diferencia de la energía eólica y solar, el hidrógeno aún no se generalizado. Esto se debe a varias razones.[9]
Ya hemos observado los gastos adicionales que implica la fabricación de hidrógeno verde en comparación con otros métodos. ¿Y si combinamos una planta de producción de hidrógeno con una tecnología de captura, utilización y almacenamiento de carbono (CCUS) que bloquee las emisiones bajo tierra para proteger el medioambiente?
Esto se conoce como “hidrógeno azul”, cuyos costes oscilan entre 1,8-4,7 USD/kg, una cifra considerablemente superior a los 0,98-2,93 USD/kg de su equivalente gris.[10]
La CCUS no solo es cara, sino que tampoco está probada en una escala significativa.
Organizaciones medioambientales, como la AIE, la Agencia Internacional de Energías Renovables (IRENA) y el Panel Intergubernamental sobre el Cambio Climático (IPCC), han elaborado previsiones a largo plazo que dependen, al menos parcialmente, de la rápida expansión de la CCUS para cumplir los objetivos de temperatura global de 1,5 oC. ¿Podría ser una fe infundada?
El almacén de Shell Quest en Alberta, Canadá, suele ser aclamado como un ejemplo del potencial de la CCUS. Sin embargo, los datos indican que se capturan menos de la mitad de las emisiones de la planta, muy lejos del potencial de captura del 90 % que pregonan los fervientes defensores de la CCUS. Se ha estimado que, incluyendo todas sus emisiones de gases de efecto invernadero, esta planta tiene una huella de carbono equivalente a unos 1,2 millones de coches de gasolina.[11]
Incluso una vez capturado, el CO2 tiene que comprimirse para que adquiera un estado líquido y transportarse por carretera, ferrocarril o mar para que se inyecte en depósitos geológicos profundos, un proceso que conlleva sus propias emisiones de carbono.
Algunos argumentan que el carbono capturado podría aprovecharse en la industria, en lugar de almacenarse en el subsuelo. Sin embargo, las técnicas para convertir químicamente el CO2 en productos utilizables, como plásticos y materiales de construcción, apenas son más que teorías.
Sin duda, la CCUS puede desempeñar un papel relevante. Es uno de los pocos métodos conocidos capaz de reducir considerablemente las emisiones en la industria del cemento, que por sí sola representa casi el 7 % de la producción global de CO2.[12] Pese a sus inconvenientes, la CCUS está ganándose un puesto en la agenda climática: en 2022 se anunciaron planes de añadir 61 nuevas instalaciones de CCUS a la cartera de proyectos, lo que eleva la cifra total a más de 150 proyectos en desarrollo a nivel mundial.
Sin embargo, para que el “hidrógeno azul” se convierta en una solución mágica para las deficiencias económicas y ambientales del hidrógeno, la CCUS debe mejorar.
Si profundizamos un poco más, hay otros aspectos de la adopción generalizada del hidrógeno que también son cuestionables.
Como era de esperar, el hidrógeno requerirá una enorme inversión para lograr una presencia considerable en el mercado. Según algunas estimaciones, para que el hidrógeno satisfaga el 5 % de la demanda energética global para 2050 habría que gastar 7000 millones de USD (principalmente en nuevos oleoductos y en terminales de amoniaco).[13]
Los costes de adaptación por parte de los usuarios finales también son desorbitados.
Las empresas tendrían que hacer un desembolso enorme para que su maquinaria use hidrógeno en lugar de metano. En la industria del acero, usar hidrógeno generado a partir de energías renovables podría aumentar los costes de producción entre un 35 % y un 70 %, en comparación con las técnicas tradicionales, que emiten mucho carbono.[14]
En lo que respecta al transporte por carretera, aún no es económicamente viable modificar los vehículos para que consuman hidrógeno en lugar de gasolina. Sin embargo, al menos por ahora, los vehículos de celdas de combustible (FCEV) de hidrógeno siguen siendo prometedores.
¿Los vehículos de hidrógeno se han estancado?
El número de vehículos eléctricos de celdas de combustible (FCEV) impulsados por hidrógeno que circulan por las autopistas globales está aumentando, en 2022 hubo un 40 % más que el año anterior y recientemente se han superado las 70 000 unidades.[15] Esto quiere decir que en 2022 se vendieron 20 500 FCEV nuevos, alrededor de un 75 % coches, incluidos los producidos por Toyota, socio desde hace tiempo de Abdul Latif Jameel, que ya va por la segunda generación del Mirai.
Dos tercios de las nuevas ventas de FCEV tuvieron lugar en Corea del Sur, a quien siguen EE. UU., China, Japón y Alemania. Actualmente hay más de mil estaciones de repostaje de hidrógeno en todo el mundo, predominantemente en esos mismos cinco países. Está previsto que esa cifra crezca aún más con el vibrante apoyo del sector público. Por ejemplo, el estado de California está financiando el desarrollo de 100 estaciones de repostaje de hidrógeno más como parte de su estrategia para alcanzar los 1,6 millones de vehículos sin emisiones para 2025.
En términos financieros, este auge en la actividad aumentó el tamaño del mercado global de FCEV a aproximadamente 1000 millones de USD en 2022. Entre ahora y 2032, la industria pronostica una tasa de crecimiento anual compuesto (TVAC) del 52,9 %, llegando a alcanzar un valor de mercado de unos 69 610 millones de USD.[16]
Aun así, estas recientes cifras de ventas se ven eclipsadas por las de los coches eléctricos o híbridos (VE) que no son de hidrógeno, que en 2022 crecieron un 50 %, hasta más de 10 millones, en comparación con el año anterior.
Con frecuencia se nombra la velocidad de repostaje como la principal ventaja del hidrógeno frente a los vehículos eléctricos, ya que solo lleva unos minutos, en contraste con los 30-60 minutos, o más, que se necesitan para cargar una batería. Para superar este obstáculo, el mercado de los vehículos eléctricos apuesta por el intercambio de baterías. En la actualidad ya hay casi 2000 estaciones de intercambio operativas en China y en 2022 se vendieron 12 000 camiones habilitados para el intercambio.[17] Habrá que esperar unos años para conocer el impacto del intercambio de baterías, que neutraliza una de las principales bazas a favor de la viabilidad del hidrógeno.
El hidrógeno se enfrenta a otros capilares fundamentales de la economía y la física.
El hidrógeno generado mediante la electrólisis del agua con energías renovables consume el 30 % de la energía potencial en el proceso de división.[18] A esto hay que añadirle una pérdida de energía del 26 % durante el transporte a los depósitos de combustible, por lo que casi la mitad del rendimiento energético del hidrógeno se desperdicia antes de que llegue al mercado. Por el contrario, la pérdida de electricidad durante la transferencia a través de cables a las estaciones de carga es de un 5 % nominal. La producción de hidrógeno in situ rara vez es viable, puesto que las plantas de electrólisis cuestan millones de dólares.
La ineficiencia inherente del hidrógeno parece haber sido la responsable de que Scania, la división de camiones de Volkswagen, que antes era uno de los principales defensores de los camiones impulsados por hidrógeno, haya decidido centrarse principalmente en las variantes con baterías eléctricas desde 2021.[19]
Por su parte, Tesla también está dispuesta a demostrar que el transporte no es un dominio exclusivo del diésel y el hidrógeno. Su camión eléctrico Tesla Semi, que se presentó a finales de 2023, tiene una autonomía de 800 km y consume menos de 1,25 kWh por km.[20] Tesla es una empresa con recursos financieros suficientes para desinflar el sueño del hidrógeno y se ha marcado un objetivo de producción de 50 000 camiones Semi anuales a partir de 2024, respaldado por una red de carga de 100 millones de USD en todo EE. UU.[21]
¿Esperanza o exageración? Por qué el hidrógeno merece un análisis honesto
Que sea hora de poner los pies en la tierra respecto al potencial del hidrógeno no quiere decir que debamos de abandonar el concepto por completo. Hemos de aceptar que el éxito o el fracaso del hidrógeno podrían depender de la evolución de otras tecnologías relacionadas.
Entre ellas destacan mejoras revolucionarias en el rendimiento de la CCUS o un aumento significativo de la capacidad de energía renovable, con potencial para reducir drásticamente el coste de la electrólisis limpia.
Los propios electrolizadores pueden representar una esperanza. Sus costes han disminuido un 60 % desde 2010 y, según un análisis de IRENA, podrían reducirse un 40 % más a corto plazo y hasta un 80 % a largo plazo. El aumento de la capacidad de fabricación, una mayor estandarización y las economías de escala asociadas podrían por fin lograr que los costes del hidrógeno verde bajen de los 2 USD/kg.[22]
El tiempo fue, es y sigue siendo esencial: 2023 ha sido oficialmente el año más caluroso de la historia[23], así que no es momento de renunciar a ninguna tecnología con potencial de mitigar los efectos nocivos del cambio climático.
Sin embargo, sí que debemos mantener un debate honesto sobre el potencial del hidrógeno para remodelar el panorama energético futuro y sobre su posible sobreestimación.
[1] https://www.hydrogennewsletter.com/gh2-facts/
[2] https://www.irena.org/-/media/Files/IRENA/Agency/Publication/2020/Nov/IRENA_Green_Hydrogen_breakthrough_2021.pdf
[3] https://www.iea.org/reports/net-zero-by-2050
[4] https://www2.deloitte.com/content/dam/Deloitte/global/Documents/gx-green-hydrogen-executive-summary.pdf
[5] https://www.iea.org/energy-system/low-emission-fuels/hydrogen#programmes
[6] https://www.bmj.com/content/383/bmj-2023-077784
[7] https://www.forbes.com/sites/ianpalmer/2023/05/30/hydrogen-is-ramping-up-in-the-energy-transition-but-it-may-be-oversold
[8] https://www.precedenceresearch.com/hydrogen-fuel-cell-vehicle-market
[9] https://www.forbes.com/sites/ianpalmer/2023/05/30/hydrogen-is-ramping-up-in-the-energy-transition-but-it-may-be-oversold
[10] https://about.bnef.com/blog/green-hydrogen-to-undercut-gray-sibling-by-end-of-decade/
[11] https://www.globalwitness.org/en/blog/problem-hydrogen/
[12] https://www.lse.ac.uk/granthaminstitute/explainers/what-is-carbon-capture-and-storage-and-what-role-can-it-play-in-tackling-climate-change/
[13] https://www.forbes.com/sites/ianpalmer/2023/05/30/hydrogen-is-ramping-up-in-the-energy-transition-but-it-may-be-oversold
[14] https://www.lse.ac.uk/granthaminstitute/explainers/what-is-carbon-capture-and-storage-and-what-role-can-it-play-in-tackling-climate-change/
[15] https://www.hydrogeninsight.com/transport/the-number-of-hydrogen-fuel-cell-vehicles-on-the-worlds-roads-grew-by-40-in-2022-says-iea-report/2-1-1444069
[16] https://www.precedenceresearch.com/hydrogen-fuel-cell-vehicle-market
[17] [17] https://www.hydrogeninsight.com/transport/the-number-of-hydrogen-fuel-cell-vehicles-on-the-worlds-roads-grew-by-40-in-2022-says-iea-report/2-1-1444069
[18] https://www.forbes.com/sites/jamesmorris/2021/02/06/why-are-we-still-talking-about-hydrogen
[19] https://www.rechargenews.com/energy-transition/after-plotting-battery-electric-future-truck-maker-scania-hedges-bets-with-new-hydrogen-vehicles/2-1-1200800
[20] https://www.forbes.com/sites/qai/2022/12/08/how-powerful-is-teslas-new-semi-truck
[21] https://insideevs.com/news/672016/tesla-semi-volume-production-wil-not-start-until-late-2024/
[22] https://www.irena.org/-/media/Files/IRENA/Agency/Publication/2020/Nov/IRENA_Green_Hydrogen_breakthrough_2021.pdf
[23] https://www.theguardian.com/us-news/2024/jan/03/2023-hottest-year-on-record-fossil-fuel-climate-crisis
Añadido a dosier de prensa
