La versatilidad del hidrógeno como solución para la descarbonización ha creado una falta de consenso y claridad sobre las industrias que realmente lo necesitan. El hidrógeno a veces se describe como una navaja suiza, porque parece poder desempeñar un papel en casi todos los sectores. Puede quemarse para generar electricidad o calor, servir como un insumo libre de carbono para producir acero y fertilizantes "verdes" y crear electricidad a partir de él en una celda de combustible para alimentar vehículos de pasajeros, camiones pesados, autobuses, aviones y buques de carga en alta mar.
El hidrógeno debe ser una prioridad para los sectores ‘difíciles’ y debe ser verde
En teoría, el hidrógeno puede usarse para descarbonizar casi todos los sectores. Pero solo porque pueda, no significa que deba hacerlo. Como una de las herramientas de la descarbonización, el hidrógeno debe priorizar su uso donde la eficiencia energética y la electrificación directa no eficientes. En particular, el potencial del hidrógeno debe utilizarse para descarbonizar los sectores más difíciles de reducir de forma rápida y rentable, lo que lo convierte en una parte necesaria de la transición hacia la energía limpia.
Uno de los factores que limitan la descarbonización global es la escasez y el precio de la electricidad renovable que se utiliza para producir ‘hidrógeno verde’. El mundo necesita una infraestructura de electricidad mucho más limpia Solo por el crecimiento demográfico y económico, el consumo de energía se duplicará en 2050. Hoy, a nivel mundial, solo el 10 % de la electricidad proviene de la energía solar y eólica. Si a estas cifras se le suma la electricidad requerida para producir hidrógeno verde para descarbonizar la industria pesada y el transporte, el consumo de energía podría triplicarse.
En este escenario que considera el uso de la electricidad a nivel macro, es importante priorizar la reducción del consumo y el uso más eficiente de las fuentes renovables. Muchos de los casos de empleo comercial de hidrógeno a nivel micro de hoy en día, para calentar edificios, generar energía o alimentar vehículos livianos podrían ejecutarse mediante inversiones en electrificación directa y gestión eficiente de la energía, para no consumir excesivos recursos que serán necesarios en un futuro.
Hay aplicaciones en las que la eficiencia energética y la electrificación directa tienen un coste prohibitivo, poco práctico o simplemente imposible como es el caso de la fabricación de acero y el transporte marítimo. En estos casos, el hidrógeno con su flexibilidad, madurez tecnológica y su coste relativamente bajo, es una de las principales soluciones para lograr la descarbonización.
Las aplicaciones específicas en las que el hidrógeno es la mejor opción pueden variar según la zona geográfica, especialmente porque las economías desarrolladas tienen diferentes limitaciones de terreno y tienen una capacidad limitada para desarrollar capacidad renovable. Pero incluso antes de considerar estas limitaciones, hay varias aplicaciones de hidrógeno de alta prioridad en las que deberían centrarse las decisiones políticas y la inversión: producción de fertilizantes, petroquímica y refino, producción de acero, transporte marítimo y, en algunos mercados, transporte pesado de larga distancia por carretera y ferrocarril. Estos sectores necesitan hidrógeno para descarbonizarse, están listos para la transición tecnológica y contribuyen sustancialmente a las emisiones globales. Con el tiempo, es probable que el hidrógeno se expanda más allá de estas aplicaciones principales.
El siguiente gráfico indica la reducción de emisiones de carbono por el uso de cada kilovatio-hora (kWh) procedente de una fuente de electricidad renovable, ya sea utilizado directamente en usos finales electrificados o indirectamente para la creación de hidrógeno. Esta evaluación cuantitativa valida la filosofía que rige el uso de hidrógeno en las aplicaciones prioritarias: utilizar el hidrógeno donde no pueda electrificar. El uso directo de la electricidad siempre que sea posible ofrece el mayor potencial de reducción de emisiones, en gran medida dada la baja eficiencia del uso del hidrógeno en estas aplicaciones (calefacción de edificios, generación de energía y transporte ligero).
El transporte de pasajeros en vehículos ligeros y la calefacción de edificios son las aplicaciones más adecuadas para la electrificación directa antes que el uso del hidrógeno, como se puede ver en la gráfica. La eficiencia de los vehículos eléctricos alimentaos por baterías para el transporte de pasajeros a menudo hacen que la electrificación directa sea la mejor solución.
Aplicaciones que necesitan hidrógeno verde
En la actualidad, el hidrógeno ya se usa ampliamente. El problema es que gran parte de él es hidrógeno creado a partir de combustibles fósiles, con una carga alta de emisiones. La producción de hidrógeno para fertilizantes y el refino de petróleo contribuyen actualmente con aproximadamente un 2 % de las emisiones globales. El empleo de hidrógeno verde para descarbonizar estos usos es una aplicación necesaria. La Unión Europea se ha comprometido a reemplazar todo el hidrógeno "gris" derivado del gas natural para 2030. Estos sectores podrían servir como impulsores para ampliar la cadena de suministro e impulsar la reducción de los costes que implica tecnología de generación de hidrógeno limpio.
El transporte marítimo es responsable de aproximadamente el 2,5 % de las emisiones globales, una cifra que va en aumento. Se trata de un sector que tiene pocas opciones de descarbonización, sobre todo en los viajes en alta mar. La electrificación es posible para viajes regionales, pero para el transporte marítimo de larga distancia, que representa la mayor parte de las emisiones del sector, necesita el hidrógeno o sus derivados (es decir, amoníaco o metanol). Los biocombustibles presentan una alternativa a los combustibles a base de hidrógeno, pero las materias primas son limitadas y se priorizan en gran medida para su uso en la aviación en lugar del sector del transporte marítimo.
El transporte por carretera, que representa aproximadamente el 4,5 % de las emisiones globales ya está asumiendo la necesidad del empleo del hidrógeno. Debido a las limitaciones que tiene la densidad de energía de las baterías electroquímicas y los largos tiempos de recarga que implica recuperar la autonomía, los vehículos más pesados que cubren rutas de larga distancia deben recurrir al hidrógeno.
Más allá del transporte, el hidrógeno es una prioridad en la fabricación de acero, dada la magnitud de las emisiones del sector y sus limitadas alternativas para la descarbonización. La fabricación de acero es responsable de aproximadamente el 8 % de las emisiones globales, principalmente debido al uso de carbón de coque que elimina el oxígeno del mineral de hierro para crear hierro puro, un proceso químico llamado "reducción". Reemplazar el carbón de coque con hidrógeno en este proceso de reducción es la solución más prometedora y madura para descarbonizar la fabricación del acero.
Aplicaciones que necesitarán hidrógeno en un futuro
La aviación cuenta con varias opciones de descarbonización, cuya viabilidad varía según el tamaño de la aeronave y la distancia a recorrer. Para rutas más cortas, la electrificación sí es una opción. Para rutas más largas, los biocombustibles, los combustibles sintéticos o el hidrógeno surgen como soluciones alternativas. Sin embargo, existen obstáculos tecnológicos, de diseño y de regulación que deben superarse antes de que el hidrógeno esté listo para su uso en este sector. Hasta entonces, la aviación libre de emisiones está restringida al uso de combustibles directos que no requieren un cambio tecnológico en las aeronaves. Para ayudar a acelerar la descarbonización de la aviación una vez que la tecnología del lado del avión esté lista, la infraestructura de hidrógeno actual debe construirse con miras a proporcionar un suministro futuro en los aeropuertos.
Conclusiones
El hidrógeno es clave para alcanzar los objetivos climáticos, pero su despliegue en instancias donde la eficiencia energética y la electrificación directa son mejores opciones dificultará la capacidad para descarbonizar el sistema energético de manera rápida y rentable. Para maximizar el uso eficiente de la electricidad limpia en todo el sistema, se debe usar hidrógeno cuando estas soluciones no sean posibles. El transporte pesado por carretera, los fertilizantes, el refino del petróleo y la petroquímica y la fabricación de acero son las aplicaciones del hidrógeno sobre las que nadie discute que necesitan del hidrógeno. Con el tiempo, se pueden unir la aviación y el almacenamiento de energía de larga duración.
