La ruta del hidrógeno tiene también su propia transición interna (II)

Roberto Dobles roberto.dobles@gmail.com | Lunes 06 diciembre, 2021

1. Aspectos básicos

La ruta futura del hidrógeno incluye no solamente el abastecimiento creciente de los usos tradicionales (no energéticos) del hidrógeno, sino que también incluye los usos energéticos en nuevos sectores (transporte, industria, etc.) y un cambio paulatino en las fuentes de hidrógeno para ir reduciendo progresivamente las emisiones de gases de efecto invernadero.

En los usos energéticos del hidrógeno, esta ruta va a estar marcada por una gran competencia en materia de costos, donde las mejores tecnologías irán desplazando paulatinamente a las tecnologías inferiores.

Será una ruta de gran evolución tecnológica continua durante varias décadas y de alta competencia entre los países y las empresas por posicionarse en los mercados internacionales y de transición interna hacia fuentes de hidrógeno de menor costo y de menores emisiones.

En el sector energético, el uso de la electricidad directa es actualmente, y será en el futuro, el principal competidor del hidrógeno en el sector energético.

Esta competencia con el uso directo de la electricidad va a ser muy intensa y se dará en toda la cadena de valor, desde su producción hasta el uso final, pasando por el transporte, el almacenamiento, la distribución, la comercialización al consumidor final y en los equipos de consumo (vehículos, etc.).

En esta ruta, se continuará acrecentando también la transición interna mediante la competencia y la complementariedad evolutiva entre las diferentes fuentes de hidrógeno en materia de costos y de reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero en los diversos procesos industriales de producción de hidrógeno.

2. El hidrógeno proviene de muchas fuentes

El hidrógeno no existe en estado libre en el planeta Tierra, por lo que hay que extraerlo (producirlo), a través de procesos industriales, de los materiales que lo contienen donde está asociado a otros elementos (como por ejemplo, el agua, el gas natural, el petróleo, el carbón, la biomasa, etc.).

El hidrógeno que se produce en el mundo proviene de varias fuentes y se produce a través de varios métodos y tecnologías diferentes, incluidas la electrólisis del agua, el uso de la energía nuclear, el uso de la red eléctrica, el reformado con vapor de agua del gas natural, etc., además de ser un subproducto de muchos procesos industriales.

Según los datos de la International Energy Agency (IEA), el 96% del hidrógeno producido en todo el mundo se produce con combustibles fósiles: 48% gas natural, 30% petróleo, 18% carbón y solamente un 4% con electrólisis del agua.

Los porcentajes de esta estructura de producción en el mundo son un reflejo de factores claves, tales como la disponibilidad en cada país de cada una de las materias primas para producir hidrógeno y los costos asociados a su producción.

La materia prima de menor costo es el gas natural, seguido por el petróleo, el carbón y finalmente la electrolisis del agua (que es la fuente más cara).

Cada país aprovecha la disponibilidad y las reservas de sus propios recursos naturales. Por ejemplo, en China, que es el principal productor de hidrógeno del mundo y que tiene grandes reservas de carbón, el 62% del hidrógeno proviene actualmente de esta fuente, mientras que en los EE.UU., que es el segundo productor de hidrógeno del mundo y que tiene grandes reservas de gas natural, el 95% del hidrógeno proviene de esta fuente.

3. Códigos de garantía del origen y de la huella de carbono del hidrógeno: la paleta de colores

Aunque el hidrógeno producido con cualquier proceso industrial y con cualquier fuente o materia prima es un gas incoloro (H2) con características físicas y químicas similares, no es igual desde el punto de vista de la huella de carbono que se generó para producirlo.

Por esta razón es que al hidrógeno se le asignan códigos de color para indicar qué tan limpia fue su producción. Estos colores identifican el hidrógeno cuyos procesos de producción van desde los menos limpios hasta los más limpios.

El establecimiento de un esquema uniforme internacionalmente reconocido y verificable que provea una "Garantía de Origen" a nivel internacional es clave para el desarrollo de la nueva ruta del hidrógeno.

Este esquema de códigos armoniza las normas de certificación y da fe del nivel de emisiones de carbono durante el proceso de producción.

Las nuevas tecnologías, como blockchain, permitirán rastrear las pistas de auditoría y preservar la integridad de la cadena de suministro.

Los principales códigos internacionales dentro del marco de una paleta de color de garantía del origen y de la huella de carbono del hidrógeno producido son los siguientes:

• Hidrógeno negro: producido utilizando el carbón mineral (carbón negro) como materia prima.

• Hidrógeno café o marrón: producido con lignito (carbón café).

• Hidrógeno gris: producido con petróleo.

• Hidrógeno gris: producido con gas natural.

• Hidrógeno turquesa: producido a través del proceso de pirólisis del metano (gas natural), el cual lo convierte en gas de hidrógeno y carbono sólido. Sin embargo, este proceso es mucho menos eficiente que el reformado del gas natural con vapor que produce hidrógeno azul y hoy en día solo se lleva a cabo a pequeña escala.

• Hidrogeno azul: producido a gran escala con gas natural y con el proceso adicional de CAC (Captura y Almacenamiento de Carbono). El CAC elimina casi todas las emisiones del proceso de producción del hidrógeno gris.

• Hidrógeno rosado: producido con energía nuclear a través de la electrólisis del agua.

• Hidrógeno rojo: producido con energía nuclear a través de la división catalítica del agua a alta temperatura utilizando energía nuclear térmica como fuente de energía.

• Hidrógeno verde: producido con fuentes renovables de energía a través de la electrólisis del agua.

• Hidrógeno amarillo: producido con energía solar a través de la electrólisis del agua.

• Hidrógeno anaranjado: producido con energía eólica a través de la electrólisis del agua.

Sobre la situación de la producción actual de hidrógeno, que es uno de los puntos de partida de la ruta del hidrógeno, un estudio titulado “Blue, green, gray: the colors of hydrogen”, publicado por Chem.4.us, señala lo siguiente:

“El hidrógeno gris es el que predomina en el mercado. Es el que se produce a nivel industrial y en grandes cantidades. Cada año se producen entre 70 y 80 millones de toneladas de este hidrógeno gris, cuya principal aplicación sigue siendo el sector químico industrial.

Más del 80% de la producción mundial de hidrógeno se utiliza para sintetizar amoníaco y sus derivados (para la agricultura) o para realizar operaciones de refinado de petróleo (incluida la desulfuración de fracciones destinadas a aplicaciones de combustible).

Los Estados Unidos y China son los dos mayores proveedores de hidrógeno del mundo, muy por delante de todos los otros países”.

4. Costos de producción de hidrógeno por fuente

Sin considerar aún los costos del transporte, de almacenamiento y de distribución y de los usos a nivel de consumo (vehículos de hidrógeno, por ejemplo), el costo de la producción de hidrógeno está fuertemente ligado al costo de las materias primas y de los procesos de extracción que se utilicen.

En cuanto a los costos de producción de hidrógeno por fuente y por proceso de extracción, un artículo titulado “The transition from blue to green hydrogen: an energy revolution has begun”, publicado por CEENERGY News, señala lo siguiente:

“En este momento, la versión más barata del hidrógeno es el hidrógeno gris (0,9 - 1,7 dólares estadounidenses / kilogramo), el azul es dos veces más caro que el gris, mientras que el costo del hidrógeno verde es 5-7 veces mayor (según la ubicación, el método de producción, la escala, entre otros factores)”.

Otro artíiculo titulado “Hydrogen: Clearing up the Colours, from green hydrogen to black — what hydrogen colours mean for the climate”, publicado por Enapter, señala lo siguiente:

“El costo de la producción de hidrógeno verde (hoy, 3,50 €/Kg a más de 10 €/Kg, en comparación con 1,5 €/Kg para el hidrógeno gris, €=Euros) había llevado a muchos a descartar la electrólisis de agua a gran escala utilizando energía renovable como un costoso sueño. Y es posible que estas dudas alguna vez hayan estado bien fundadas, pero ya no es así.

El costo del hidrógeno verde es una función del volumen de energía necesaria para el proceso de producción, el costo de la energía suministrada, el costo del electrolizador y su sistema, y el Opex (gastos operativos) para ejecutar el sistema”.

Como parte de la transición interna en la ruta del hidrógeno, la rápida reducción de los costos de la producción de electricidad con energías renovables de bajo costo, impulsadas por los continuos adelantos tecnológicos (particularmente la solar y la eólica), y las mejoras en la eficiencia de los electrolizadores a mayor escala, hacen prever que en el futuro los costos de la producción de hidrógeno verde se reduzcan en el tiempo y que sean más competitivos con respecto a las otras opciones de extracción de hidrógeno.

En sus usos energéticos, además de la fuerte competencia en reducción de costos y de emisiones con las otras opciones de producción del hidrógeno, otra área de gran competencia en la ruta del hidrógeno será con los usos directos de la electricidad, entre los cuales se encuentran los vehículos eléctricos de baterías.

La ruta del hidrógeno tiene también su propia transición interna (II)

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