La transición energética es inevitable a la vez que urgente: los combustibles fósiles han de sustituirse por las energías renovables. En la actualidad, a la fotovoltaica y la eólica se les suma el hidrógeno verde.
Por Antonio López Crespo
La presión mundial sobre la industria energética a base de combustibles fósiles es cada vez mayor. Los informes científicos en los que Naciones Unidas se basa año a año, a través del IPCC y otros grupos de trabajo, muestran que el cambio climático se acelera y compromete de manera grave el futuro económico y la supervivencia humana.
El informe El cisne verde, elaborado en febrero de este año por el Banco de Pagos Internacionales (BIS)—una especie de “banco de los bancos centrales”—, con sede en Suiza, advierte que los eventos y las catástrofes provocados por el cambio climático pueden ser extremadamente perjudiciales desde el punto de vista financiero y generar la próxima crisis financiera sistémica.
Hace más de dos años escribimos sobre esto en Marco Trade Revista (“Cuánto nos cuesta el clima”, número 7, 2018), donde advertíamos que la falta de acciones “duplicarían” los 520.000 millones de dólares que los efectos de huracanes, inundaciones, sequías, terremotos y otros peligros naturales nos cuestan cada año. Y que esa estimación era muy conservadora. En ese artículo recordábamos que, para el australiano Robert Glasser, representante especial de la ONU para la Reducción del Riesgo de Desastres, estos podrían acarrear un costo anual de un billón de dólares a la economía mundial en 2035 —el doble de lo que costaban en 2018— si los países no mejoraban sus políticas de prevención de riesgos y combatían de un modo serio el cambio climático.
El horizonte es que la demanda de energía continuará creciendo y que en 2050 será un 30-40% más alta que la actual, aun haciéndonos más eficientes en materia energética. Satisfacer la creciente demanda mundial de energía y frenar a la vez las emisiones de carbono ponen la atención sobre cuáles son las alternativas que tenemos para sustituir a los combustibles fósiles. En los últimos años, el crecimiento de las energías renovables ha sido extraordinario y sus costos en la generación de electricidad empiezan a ser muy competitivos.
China, por ejemplo, que se ha convertido en el líder mundial en energía eólica con más de 53 GW de capacidad instalada, se propone lograr hacerla libre de subsidios a partir del 1 de enero de 2021. Es lo que revela un informe del Global Wind Energy Council (GWEC): “El crecimiento continuo de este mercado de aerogeneradores se debe sobre todo a políticas ambiciosas a nivel nacional que han hecho que la energía eólica y otras energías renovables sean extremadamente competitivas en cuanto a costes”. En concreto, si se aprovecha toda la energía producida por los generadores eólicos, la potencia instalada por China podría reducir en más de 90 millones la emisión de toneladas de CO2.
El avance chino en la materia es sorprendente. Por primera vez en la historia, China instaló el año pasado más aerogeneradores en el mar que ningún otro país del mundo. En 2019 duplicó la nueva instalación eólica marina y, si mantiene el impulso de crecimiento y la instalación anual actual de 4 GW, superará para fines de 2020 al Reino Unido, que lidera hasta ahora el mercado offshore respecto a instalaciones acumulativas, si el plan no tropieza con las consecuencias restrictivas de la COVID-19.
En el Reporte Mundial de Eólica Marina —un informe de las perspectivas del mercado eólico marino global—, publicado por GWEC, se destacan dos datos relevantes: el rol de China como el país que instaló más potencia eólica mar adentro en el mundo y la estimación de que el parque eólico marino global crecerá un 700% en los próximos diez años, pues se instalarán 165.000 MW de potencia eólica frente a las costas de todo el mundo (100.000 en Asia). Ambas son buenas noticias para el planeta,donde hoy hay poco más de 23.000 MW en parques eólicos marinos.
El hidrógeno a escena
Entre todas las alternativas energéticas renovables en danza, el hidrógeno está ganando impulso y se plantea como un combustible clave en la transición energética. Se trata del elemento más abundante en el universo y tiene el contenido de energía más alto de todos los combustibles, por lo que es considerado el “combustible del futuro”. Los partidarios del hidrógeno sostienen que la dependencia de los combustibles fósiles no ha variado en las últimas décadas y que solo el 20% de la electricidad del mundo proviene de energías renovables.
Para la Agencia Internacional de Energía (AIE), “el hidrógeno ofrece una solución al estrés ambiental que está experimentando el planeta”;y señala que, de las 26 áreas de innovación bajas en carbono, solo tres son en sentido comercial competitivas y capaces de cumplir los objetivos climáticos del Acuerdo de París 2015: la energía solar fotovoltaica-eólica en tierra, el almacenamiento de energía y los vehículos eléctricos.
Para algunos especialistas, como fuente de combustible limpio en el futuro, el hidrógeno podría ser decisivo para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero y ser la solución perfecta para suministrar cantidades crecientes de combustible y energía bajas en carbono. Por varios motivos, el hidrógeno aparece, en principio, como la mejor opción entre los combustibles alternativos: es uno de los elementos más abundantes de la Tierra, puede almacenarse en estado gaseoso o líquido, distribuirse a través de gasoductos, sustituir al gas natural y, en alguna de sus variantes, eliminar la emisión de gases de efecto invernadero.
Sin embargo, no ha logrado convertirse en la opción preferencial en la búsqueda de soluciones para alcanzar un modelo energético sostenible. La respuesta está en su coste y en la dificultad de producción. En la actualidad, el hidrógeno se usa como insumo en la refinación de petróleo, la producción de amoníaco y metanol y la fabricación de acero. La demanda mundial actual de hidrógeno es de más de 70 millones de toneladas anuales.
El suministro de hidrógeno para la industria es uno de los negocios más importantes en todo el mundo. Su demanda se ha multiplicado por más de tres en los últimos 40 años y continúa incrementándose. Su producción deriva casi en su totalidad de combustibles fósiles, con un 6% del gas natural global y un 2% del carbón global, por lo que constituye una industria muy contaminante. Como consecuencia, la producción de hidrógeno es responsable de la emisión de alrededor de 830 millones de toneladas de dióxido de carbono por año, equivalente a las emisiones de CO2 del Reino Unido y Francia.
Si bien es cierto que resulta uno de los elementos más abundantes, el hidrógeno no se encuentra de forma aislada en la naturaleza, sino que hay que obtenerlo de otras sustancias que lo contienen (agua, carbón y gas natural). En función de su sostenibilidad, existen tres tipos de hidrógeno: hidrógeno gris, hidrógeno azul e hidrógeno verde.
El llamado “hidrógeno gris” está hecho de carbón y gas natural, y es el más utilizado actualmente en el mundo —en la industria química y en las grandes refinerías de petróleo—, pero, a la vez, es el más contaminante, pues su generación sigue requiriendo de combustibles fósiles y su producción es una importante fuente de contaminación de CO2.
Como alternativa, el “hidrógeno azul”o “bajo en carbono”, aunque sigue requiriendo de combustibles fósiles, emite menos carbono, pues se retira con un método de “captura y almacenamiento”. El hidrógeno azulse produce a partir de gas natural y de gas combustible de refinería. El resultado se puede usar como un portador de energía con bajo contenido de carbono en procesos industriales para generar altas temperaturas o producir electricidad. Para British Petroleum (BP) y muchas grandes petroleras, pese a no ser del todo limpia, sería la fuente preferida por ser la de más bajo costo. Un estudio europeo sobre su viabilidad —Proyecto H-vision—, elaborado por 16 empresas y organizaciones, concluye que la producción de hidrógeno azul permitiría reducir “de manera sustancial” las emisiones de CO2 de la industria de Rotterdam antes de 2030 y que el dióxido de carbono que se libere de este proceso podría ser capturado y almacenado en campos de gas bajo el mar del Norte.
Por último, está el llamado “hidrógeno verde”, que es el de emisión cero, producido ensamblando energía renovable mediante la electrólisis del agua. Este procedimiento permite obtenerlo a partir del agua, que está presente en el 70% del planeta. Pero para hacerlo es necesario realizar un proceso de electrólisis, que consiste en la descomposición de las moléculas de agua (H2O) en oxígeno (O2) e hidrógeno (H2). El problema de este proceso es que es costoso porque requiere de mucho consumo eléctrico para alimentar los electrolizadores. Esta dificultad hizo que el hidrógeno no avanzara como solución para la transformación del modelo energético actual, basado en combustibles fósiles. Sin embargo, el creciente abaratamiento de las energías renovables, como la eólica y la solar, han permitido imaginar una innovadora solución: “alimentar” el proceso de electrólisis con energías provenientes de fuentes renovables.
La solución en marcha
Por ese camino, el hidrógeno reaparece como una herramienta poderosa para resolver los desafíos del cambio climático y algunos expertos lo ven como la “energía verde del futuro”. El papel del hidrógeno como fuente de alimentación de los requerimientos energéticos del mundo fue el tema central de la XVI Cumbre de la Energía Renovable celebrada en agosto de 2019 en Colorado (EE. UU.).
Varios países, así como el Instituto Americano de Energía Renovable, están poniendo el foco de nuevo en el hidrógeno, porque, como señala Chip Comins, fundador, presidente y CEO del American Renewable Energy Institute (AREI): “El hidrógeno es la única fuente de energía que puede proporcionar una carga de una manera predecible, confiable, resistente y entregable a la frecuencia requerida, como lo hicieran el carbón, el petróleo y el gas. La respuesta es que todas las opciones de energía renovable trabajen juntas y colaboren como asociaciones estratégicas”.
Dos países con alta dependencia del petróleo y sus derivados, como Japón y Corea del Sur, han avanzado de manera conjunta en el desarrollo de esa solución. Para ello “ataron” un proyecto de enorme repercusión estratégica con Australia, un país que, por sus especiales características geográficas y ambientales, posee territorios muy propicios para el desarrollo de energía solar y eólica. El desarrollo está vinculado a los avances de Australia para construir una megaplanta de energía híbrida para generar hidrógeno verde, de 5 GW,que llevan a cabo Hydrogen Renewables Australia (HRA) y Siemens. Paralelamente, Asia Renewable Energy Hub está construyendo una planta de 15 GW. En ambos casos, el objetivo es estructurar la industria local del hidrógeno verde para atender los mercados energéticos del país más Japón y Corea del Sur.
Evidentemente, no es casualidad que la mayoría de los proyectos de producción de hidrógeno a partir de energía eólica y fotovoltaica se concentren en Australia occidental, pues tiene una óptima ubicación para la combinación ambas energías. Queda pendiente, sin embargo, obtener un acuerdo sobre el uso de las tierras indígenas, que debería concluirse a lo largo de este año. En esa misma dirección estratégica, Japón fabricó en diciembre de 2019 el primer barco para transportar hidrógeno líquido criogenizado a −253 ºC. Fue botado por la empresa Kawasaki en el puerto de Kobe y será utilizado para importar hidrógeno líquido desde Australia.
Pero los proyectos en marcha no terminan allí. En Asturias (España) se contempla la creación de una planta de electrólisis, con 200 MW de energías renovables (solar y eólica) para abastecer una planta de hidrógeno verde de 100 MW. En Ostende (Bélgica) se proyecta otra planta de hidrógeno verde con una capacidad de 50 MW, impulsada por la empresa de ingeniería offshore DEME, la compañía financiera belga PMW y las autoridades del puerto de Ostende. Ambos proyectos prevén estar concluidos en 2025.
“Si bien la generación de hidrógeno verde mediante electrólisis no es nada nuevo, la planta Hyport Oostende es la primera diseñada para funcionar solo con energía limpia. Este es el primer proyecto que se anuncia que apunta de manera específica a alimentar electrolizadores utilizando solo energía renovable en exceso”,explican sus responsables, porque la fuente de energía será 100% renovable. El proyecto prevé aprovechar los excedentes del viento, ya que —explican— la capacidad eólica marina de Bélgica crecerá a 2,26 GW para fines de 2020, con más de 1,75 GW aún por desarrollar. El hidrógeno verde del proyecto serviría como fuente de energía para electricidad, transporte, calefacción y combustible, y como materia prima para fines industriales. Desde Ostende apuestan por la transformación energética:“Con nuestra transición energética en mente, necesitamos poder almacenar de un modo temporal nuestro excedente de energía verde usando el hidrógeno como portador de energía o como materia prima alternativa para poner a la industria lejos de los combustibles fósiles”.
El largo camino de la transformación energética
El hidrógeno verde es considerado como la energía del futuro.Su desarrollo está programado para una incorporación masiva en la próxima década; y, según sus defensores, el continuo descenso de los costos de las energías renovables sumado a las metas y las acciones climáticas en curso en las principales economías del planeta parecieran convertirla en la opción más consistente. Sin embargo, la producción mundial de un hidrógeno verdeque resulte rentable requiere de grandes inversiones y de un sostenido apoyo político sin precedentes que enfrente al poderoso lobby de las petroleras, el cual pretende continuar prolongando el actual modelo a costa de poner en riesgo la supervivencia de todos.
Según el Consejo del Hidrógeno, se necesitarán invertir 70.000 millones de dólares para que el hidrógeno verde sea competitivo, pero la ampliación sostenida de su producción y distribución permitiría lograr una disminución del 50% de sus costes para 2030. Lograr un hidrógeno verde competitivo en costos a partir de la electrólisis requiere del despliegue de 70 GW agregados de capacidad de electrolizadores, lo que implica una brecha de inversión respecto a una producción de hidrógeno gris de 20.000 millones, solo en su fase de producción. A ello deben agregarse —de acuerdo con el informe del GWEC— las inversiones necesarias en transporte (unos 30.000 millones) y en calefacción para edificios e industria (unos 17.000 millones).
El desafío no es pequeño. Migrar toda la producción de hidrógeno actual representaría una demanda de electricidad de 3600 TWh, algo más que la generación de electricidad anual de toda la Unión Europea. Si bien esa inversión parece enorme, es “solo una fracción del gasto mundial anual en energía, lo que representa menos del 5%”, según los copresidentes del Consejo del Hidrógeno Benoît Potier y Euisun Chung en su informe Camino a la competitividad del hidrógeno. Pero agregan que “hacer realidad esta ambiciosa visión de su papel en el futuro de la energía está lejos de ser automático y requiere de una inversión superior a los compromisos actuales”.
Los expertos en esta alternativa energética plantean que los costos descenderán rápidamente y que el hidrógeno verde podría alcanzar la paridad en Australia, Alemania y Japón para 2030, de acuerdo con un coste de 30 dólares/MWh de las energías renovables.
Ante un mundo que reclama cada vez con más fuerza el fin de la contaminación y detener el avance destructivo del cambio climático, la transición de los combustibles fósiles a energías limpias parece incontrastable. El hidrógeno verde es “un portador de energía limpia y puede descarbonizar sectores difíciles, como el acero, el cemento, los productos químicos, la calefacción y los camiones pesados”, dice Prakash Sharma, director de Mercados en Asia-Pacífico en Wood Mackenzie. “También puede solucionar la intermitencia de las energías renovables al desviar el exceso de suministro durante el día para producir hidrógeno que puede almacenarse para su uso en la noche cuando la demanda es alta”, añade.
Una de las principales limitaciones de las fuentes de energía renovable es que su generación depende de variables meteorológicas que no tienen un comportamiento estable. La eólica depende de la intensidad del viento, una variable muy aleatoria, mientras que la solar fotovoltaica depende de que haya sol. Por tanto, estas fuentes de energía no pueden asegurar una producción determinada, sino que alternan períodos de alta y de baja producción en función de las condiciones meteorológicas.
Esta intermitencia ha sido objeto de un estudio de las universidades de Stanford y Técnica de Múnich, que concluye que la producción de hidrógeno es rentable si se utiliza todo el exceso de energía renovable que no se consume y que, por tanto, no puede almacenarse. El problema es que, según el estudio, el rendimiento de las energías renovables es intermitente, con lo que el suministro de electricidad a partir de estas fuentes también es variable. A veces no alcanza a satisfacer la demanda, y en otras produce en demasía o deja de producir porque no puede almacenarla. Una forma de aprovechar mejor los picos de alta generación de electricidad de estas fuentes renovables es utilizar el excedente para producir hidrógeno. Luego, el hidrógeno producido podría venderse directamente o emplearse para generar electricidad en el momento en que la producción de la fuente renovable sea escasa.
La combinación de renovables e hidrógeno permitiría que, en los momentos en que la capacidad de producción eléctrica renovable exceda la demanda, en lugar de pausar esas instalaciones, la electricidad se derive a electrolizadores, donde se produciría y almacenaría el hidrógeno. Un sistema de almacenamiento a gran escala basado en hidrógeno permitiría almacenar la energía renovable excedente para usarla de acuerdo con la demanda, con una enorme eficiencia en los costos. Por otra parte, el costo de los electrolizadores está disminuyendo de manera rápida y los sistemas híbridos (hidrógeno a partir de energía renovable, eólica o solar) ya pueden considerarse rentables, lo que los convierte en una solución viable para la “descarbonización” de sectores como la industria, la energía o el transporte.
El abaratamiento del precio de las energías renovables acabará por convertir al hidrógeno generado por electrólisis en la alternativa energética más sostenible del mercado. Para Nils Anders Røkke, científico y líder empresarial noruego, presidente de la Alianza Europea de Investigación en Energía, no caben dudas: “Es imposible alcanzar los objetivos energéticos marcados por la Unión Europea para 2050 sin desarrollar una economía basada en el hidrógeno”.
Un efecto positivo e inesperado de la combinación de hidrógeno y energías renovables, según afirman sus defensores, será el impacto favorable de su introducción en el sistema. La Agencia Internacional de Energías Renovables cree que el hidrógeno verde podría representar cerca del 10% del consumo mundial de energía en 2050, con lo que asumiría un rol central en el sistema energético global. Wood Mackenzie, una consultora internacional muy prestigiosa en materia de energías, metales y minería —también conocida como WoodMac—, ha estimado que más de 3500 millones de dólares se pondrán en marcha hasta 2025 en proyectos de hidrógeno verde.
La revolución del hidrógeno
El hidrógeno verde aparece, por tanto, como el combustible del futuro. La posibilidad global de utilizar un combustible con una huella de CO2 nula representa una enorme revolución en el sector de la energía y el transporte, dos factores desencadenantes del cambio climático. La gasolina, el gas, el carbón y el resto de combustibles serán desplazados de un modo paulatino por el hidrógeno.
El potencial del hidrógeno verde se asienta en cinco factores:
- Es una energía 100% limpia: en todo su proceso de producción las emisiones de CO2 son cero.
- Permite almacenar el excedente de energía renovable, lo que ofrece estabilidad energética, ya que permite el almacenamiento de energía, lo que compensa la generación intermitente de energías renovables.
- Tiene la capacidad de utilizarse como diversas formas de energía (electricidad, gas sintético o calor), lo que facilita múltiples aplicaciones en la industria y la movilidad.
- Es la solución para sectores clave, como la industria intensiva, en procesos con altas temperaturas y el transporte de mercancías, que no tienen alternativas tan claras de descarbonización.
- Puede ser transportado por la red de infraestructuras de gas existente sin necesidad inversiones adicionales en redes.
No cabe duda de que los combustibles fósiles son un dilema tecnológico complejo: cómo terminar con una tecnología sucia, obsoleta y plagada de efectos secundarios y externalidades negativas detrás de la que operan algunos de las mayores corporaciones económicas mundiales. Algunos podrán pensar que los combustibles fósiles trajeron la economía mundial a los actuales niveles de progreso y riqueza, pero también nos condujeron al drama actual de contaminación, perturbaciones climáticas y océanos ahogados en plásticos, y están comprometiendo nuestra supervivencia en el planeta.
El desafío de enfrentar una transición energética no es fácil, pero deberá ocurrir lo antes posible. Naciones Unidas insiste en que el cambio climático se acelera más allá de las previsiones del Acuerdo de París. Quemar combustibles fósiles deberá ser inaceptable si somos capaces de imaginar un mundo mejor. El hidrógeno, junto a las otras alternativas energéticas limpias, son el camino a recorrer, pero a paso forzado.
