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Hidrógeno verde, clave para alcanzar cero emisiones en 2050

El hidrógeno es un vector de energía versátil que puede ayudar a abordar diversos desafíos energéticos críticos. Hoy en día, el hidrógeno se utiliza principalmente en los sectores químico y de refinación. Y se produce utilizando combustibles fósiles como el carbón y el gas natural, por lo que es responsable de importantes emisiones anuales de CO2.

¿Cuál es el papel en las transiciones a energías limpias?

El hidrógeno limpio producido con energía renovable o nuclear, o combustibles fósiles mediante captura de carbono, puede ayudar a descarbonizar una variedad de sectores. Incluidos el transporte de larga distancia, los productos químicos y el hierro y el acero, donde ha resultado difícil reducir las emisiones. Los vehículos propulsados por hidrógeno mejorarían la calidad del aire y promoverían la seguridad energética. El hidrógeno también puede apoyar la integración de energías renovables variables en el sistema eléctrico, siendo una de las pocas opciones para almacenar energía durante días, semanas o meses.

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IEA, Cumulative emissions reduction by mitigation measure in the Net Zero Scenario, 2021-2050, IEA, Paris https://www.iea.org/data-and-statistics/charts/cumulative-emissions-reduction-by-mitigation-measure-in-the-net-zero-scenario-2021-2050, IEA. Licence: CC BY 4.0

 

¿A dónde necesitamos ir?

Se requieren acciones más rápidas para crear demanda de hidrógeno de bajas emisiones y desbloquear inversiones que puedan acelerar el aumento de la producción y reducir los costos de las tecnologías para producir y utilizar hidrógeno limpio, como electrolizadores, pilas de combustible y producción de hidrógeno con captura de carbono.

“Los pilares clave de la descarbonización del sistema energético global son la eficiencia energética, el cambio de comportamiento, la electrificación, las energías renovables, el hidrógeno y los combustibles a base de hidrógeno, y el CCUS. El fuerte crecimiento de la demanda de hidrógeno y la adopción de tecnologías más limpias permitirán que se puedan descarbonizar sectores donde las emisiones son difíciles de reducir, como la industria pesada y el transporte de larga distancia.

Hidrógeno, se necesitan más esfuerzos

Los anuncios de nuevos proyectos para la producción de hidrógeno bajo en emisiones siguen creciendo, existen ciertas incertidumbres sobre la evolución futura de la demanda, la falta de claridad sobre certificaciones y regulaciones y la falta de infraestructuras. Por el lado de la demanda, esta sigue creciendo, pero sigue concentrada en aplicaciones tradicionales. Las aplicaciones novedosas en la industria pesada y el transporte de larga distancia representan menos del 0,1% de la demanda de hidrógeno. Un número cada vez mayor de países está publicando estrategias nacionales y adoptando políticas concretas para apoyar a los pioneros. Pero los retrasos en la implementación de estas políticas y la falta de políticas para la creación de demanda están impidiendo el aumento de la producción y el uso de hidrógeno de bajas emisiones.

Para encaminarse hacia el escenario NZE (Net Zero Emissions), se requieren acciones políticas aceleradas para crear demanda de hidrógeno de bajas emisiones y desbloquear inversiones que puedan acelerar la ampliación de la producción y el despliegue de infraestructura.

Emisiones de CO2

Las aplicaciones del hidrógeno juegan un papel fundamental en sectores donde las emisiones son difíciles de reducir, pero la producción debe ser más limpia

En el escenario NZE, el uso de hidrógeno de bajas emisiones y combustibles a base de hidrógeno conducirá a reducir las emisiones de CO2 en 2030, complementandose con otras medidas de mitigación clave, como el despliegue de energías renovables, la electrificación directa y el cambio de comportamiento. La contribución también será mayor en el largo plazo, a medida que maduren las tecnologías basadas en el hidrógeno.

Reemplazar el hidrógeno basado en combustibles fósiles por hidrógeno de bajas emisiones en las aplicaciones existentes (es decir, en los sectores de refinación e industria) es una prioridad a corto plazo dado que presenta desafíos técnicos relativamente bajos.

Energía

La producción de hidrógeno hoy en día se basa principalmente en tecnologías de combustibles fósiles, y alrededor de una sexta parte del suministro mundial de hidrógeno proviene de hidrógeno «subproducto», principalmente en la industria petroquímica. En 2022, el 70% de las necesidades energéticas para la producción de hidrógeno se cubrió con gas natural y alrededor del 30% con carbón (utilizado principalmente en China, que por sí sola representó el 90% del consumo mundial de carbón para la producción de hidrógeno).

La producción de hidrógeno de bajas emisiones representó menos del 1% de la producción total de hidrógeno en 2022, a pesar de crecer un 5% respecto a 2021. Este aumento en la producción de hidrógeno de bajas emisiones es el resultado de 130MW de capacidad de electrólisis y un proyecto que comenzó a operar en China para la producción de hidrógeno a partir de carbón con CCUS entrando en operación durante 2022.

Seguir el camino hacia el escenario NZE requiere un rápido aumento del hidrógeno de bajas emisiones, con alrededor de 50 Mt de producción de hidrógeno basada en electrólisis y más de 30 Mt producidos a partir de combustibles fósiles con CCUS para 2030. Esto requerirá una capacidad instalada de más de 550 GW de electrolizadores, lo que a su vez requiere, de un rápido aumento de la capacidad de fabricación de electrolizadores así como un despliegue significativo de capacidad renovable dedicada para la producción de hidrógeno y la mejora de la red eléctrica. Con respecto a los combustibles fósiles, para 2030 la demanda de gas natural para la producción de hidrógeno será casi un 30% mayor que en 2022, mientras que la demanda de carbón caerá casi una quinta parte. En ambos casos, la producción deberá estar equipada con CCUS.

IEA, Global hydrogen production by technology
IEA, Global hydrogen production by technology in the Net Zero Scenario, 2019-2030, IEA, Paris https://www.iea.org/data-and-statistics/charts/global-hydrogen-production-by-technology-in-the-net-zero-scenario-2019-2030-3, IEA. Licence: CC BY 4.0

Implementación de la tecnología

La demanda mundial de hidrógeno creció alrededor del 3% en 2022, pero aún sigue concentrada en aplicaciones tradicionales con lenta penetración en nuevos usos.

La demanda mundial de hidrógeno alcanzó los 95 millones de toneladas en 2022, casi un 3% más que en 2021. Esta sigue concentrada en aplicaciones tradicionales, con una penetración muy limitada. en nuevas aplicaciones. La demanda en nuevas aplicaciones, como el transporte, el calor de alta temperatura en la industria, la DRI basada en hidrógeno, la energía y los edificios, representa menos del 0,1% de la demanda mundial. La mayor parte de esta demanda se concentra en el transporte por carretera, aunque otras aplicaciones están empezando a ganar algo de impulso.

El año pasado comenzaron a funcionar varias demostraciones de usos finales clave del hidrógeno de bajas emisiones y de los combustibles a base de hidrógeno en la producción de productos químicos, la refinación, la calefacción a alta temperatura y el transporte marítimo. Comercializar estas tecnologías lo antes posible será fundamental.

Para 2030, la demanda de hidrógeno aumentará más de 1,5 veces hasta alcanzar más de 150 Mt, y casi el 30% de esa demanda provendrá de nuevas aplicaciones.

EA, Global hydrogen demand by sector
IEA, Global hydrogen demand by sector in the Net Zero Scenario, 2020-2030, IEA, Paris https://www.iea.org/data-and-statistics/charts/global-hydrogen-demand-by-sector-in-the-net-zero-scenario-2020-2030-2, IEA. Licence: CC BY 4.0

Infraestructura de apoyo

La infraestructura de transporte y almacenamiento de hidrógeno y combustibles basados en hidrógeno sigue siendo muy limitada, pero su ampliación es crucial a medida que surgen nuevas aplicaciones distribuidas.

Hoy en día, el hidrógeno se produce y consume principalmente en el mismo lugar, sin necesidad de infraestructura de transporte. Con el aumento de la demanda de hidrógeno y la llegada de nuevos usos distribuidos, será necesario desarrollar una infraestructura de hidrógeno que conecte los centros de producción y demanda.

Los oleoductos son la forma más eficiente y menos costosa de transportar hidrógeno a una distancia de entre 2.500 y 3.000 km, para capacidades de alrededor de 200 kt por año. Alrededor de 2.600 kilómetros de tuberías de hidrógeno están en funcionamiento en Estados Unidos y 2.000 kilómetros en Europa, principalmente propiedad de empresas privadas y utilizadas para conectar a usuarios industriales. Varios países están desarrollando planes para una nueva infraestructura de hidrógeno, con Europa a la cabeza. La iniciativa European Hydrogen Backbone creada en 2020 agrupa a 32 operadores de infraestructuras de gas con el objetivo de establecer una infraestructura paneuropea de hidrógeno.

Para el transporte de hidrógeno a largas distancias, el transporte marítimo de hidrógeno y los transportadores de hidrógeno son más competitivos en términos de costes que los gasoductos. Debido a los desafíos técnicos del transporte de hidrógeno licuado, un número creciente de proyectos están considerando la posibilidad de transportar amoníaco, aunque todos estos proyectos se encuentran aún en etapas muy tempranas de desarrollo. En el escenario NZE, más de 15 millones de toneladas de hidrógeno de bajas emisiones se enviarán a nivel mundial para 2030.

También será necesario el desarrollo de infraestructuras para el almacenamiento de hidrógeno. Ya se utilizan cavernas de sal para el almacenamiento a escala industrial en Estados Unidos y el Reino Unido. El potencial papel del hidrógeno en el equilibrio de la red eléctrica y el posible uso en el comercio internacional, requerirá el desarrollo de una mayor capacidad de almacenamiento y su operación flexible. Otros proyectos de investigación en los Países Bajos, Alemania y Francia están analizando el potencial de reutilizar cavernas de sal de gas natural para el almacenamiento de hidrógeno. La investigación y la demostración también están avanzando en el desarrollo de otros tipos de sitios de almacenamiento subterráneo (como campos de gas agotados, acuíferos y cavernas revestidas de roca dura).

Innovación

Las tecnologías de producción de hidrógeno de bajas emisiones están madurando rápidamente, pero se necesita más esfuerzo en las tecnologías del lado de la demanda.

No todos los eslabones de la cadena de valor del hidrógeno de bajas emisiones operan hoy a escala comercial. Por el lado de la oferta, algunas tecnologías ya están disponibles comercialmente, como los electrolizadores de intercambio de membranas alcalinos y de protones. Otras tecnologías, como los electrolizadores de óxido sólido (SOEC), se están acercando a la comercialización gracias a los recientes esfuerzos de innovación.

Las tecnologías de transporte y almacenamiento también están bastante maduras, aunque todavía a pequeña escala. Se están realizando esfuerzos de innovación y demostración para llevar estas tecnologías a la escala necesaria para facilitar la adopción del hidrógeno como vector de energía limpia. En abril de 2023, entró en funcionamiento la primera instalación de almacenamiento de hidrógeno del mundo en un depósito poroso subterráneo.

Del lado de la demanda, la situación es diferente. Más allá de los usos tradicionales del hidrógeno en aplicaciones industriales y de refinación que son totalmente comerciales, la mayoría de las tecnologías demandadas se encuentran sólo en la etapa de prototipo, pero recientemente se han producido algunos avances. En marzo de 2023 entró en funcionamiento en Noruega el primer ferry de hidrógeno del mundo. El proyecto HyInHeat también comenzó en 2023, con el objetivo de demostrar el uso de hidrógeno en procesos auxiliares de calentamiento a alta temperatura en aplicaciones industriales. Pero se necesitan mayores esfuerzos para desbloquear toda la demanda potencial de hidrógeno en sectores difíciles de reducir.

Política

Los gobiernos están adoptando estrategias y objetivos de hidrógeno para el despliegue tecnológico, pero faltan políticas para estimular la demanda de hidrógeno de bajas emisiones.

A finales de 2022, un total de 32 gobiernos contaban con una estrategia de hidrógeno. Los objetivos para el despliegue de tecnologías de producción de hidrógeno están creciendo, particularmente en lo que respecta a la capacidad de electrólisis, y los objetivos nacionales alcanzan un total de 160-210 GW, lo que representa entre el 30 y el 40 % de la capacidad de electrólisis instalada para 2030 en el escenario NZE. Sin embargo, ha habido avances muy limitados en el establecimiento de objetivos para aumentar la demanda de hidrógeno de bajas emisiones, con la excepción de la Unión Europea, que en marzo de 2023 acordó objetivos ambiciosos para estimular la demanda en la industria y el transporte.

La mayoría de las políticas vigentes se centran en apoyar la creación de demanda en aplicaciones de transporte, principalmente a través de subvenciones y subvenciones para la compra, mientras que un número muy pequeño de políticas se centran en aplicaciones industriales, a pesar de que estas aplicaciones representan la mayor parte de la demanda actual.

Fuente:IEA

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