Hidrógeno: ¿espejismo o realidad?

Durante décadas la humanidad ha soñado con descubrir una fuente ilimitada, limpia, accesible y barata de energía. La energía nuclear dio esperanza en los sesenta, pero debido a la oposición de grupos ambientalistas y políticos dejó de serlo.

En últimos quince años las energías renovables, como la eólica y la solar, se han posicionado como una fuente abundante y barata de energía. Sin embargo, éstas se caracterizan por su intermitencia y a la fecha carecen de alternativas de almacenamiento competitivas en escala y costo. Derivado de lo anterior, las energías renovables siguen siendo un complemento y no una energía sustituta de las energías fósiles, lo cual ha quedado evidenciado con el caso de la crisis energética de gas que ha sufrido Europa durante el 2022.

Recientemente hemos empezado a escuchar con mayor frecuencia que el hidrógeno podría ser dicha fuente de energía limpia, abundante y accesible que sea un game changer en el combate al cambio climático. A manera de ejemplo se puede usar el caso de la producción del acero para valorar el impacto que el hidrógeno tendría en la reducción de emisiones de CO₂. La producción de acero contribuye con alrededor del 7% de las emisiones mundiales de CO₂. Una tonelada de acero usando energías fósiles como combustible genera 1.8 toneladas de CO₂, mientras que, si se utilizara hidrógeno verde, solo serían 25 kg de CO₂. Esto ya está siendo analizado y probado por Vatenfall en Suecia a través de una tecnología llamada Hybrid.

No todo el hidrógeno es bajo en emisiones de CO₂, ya que depende de la materia prima que se utilice para su producción, así como el uso de sistemas de captura de CO₂. El hidrógeno se cataloga por colores: gris, azul o verde. El hidrógeno gris es aquel que se produce a partir de energías fósiles. El azul es igual que el gris, pero cuenta con sistemas de captura de CO₂ durante su producción. El hidrógeno verde es aquel producido a partir de agua y el uso de energía renovable.

“…el hidrógeno posee la cualidad de fungir tanto como combustible, así como fuente de almacenamiento”.

A diferencia de otras tecnologías disruptivas en energía renovable, el hidrógeno posee la cualidad de fungir tanto como combustible, así como fuente de almacenamiento (es decir, es un “energy carrier” de la energía renovable). El hidrógeno es un elemento muy versátil, ya que puede ser almacenado de manera gaseosa (tanques de alta presión o cavernas salinas) o líquida (almacenamiento criogénico). El hidrógeno puede quemarse de manera directa como combustible o utilizarse a través de fuel cells en los coches eléctricos. Lo anterior aunado al hecho de que puede ser transportado en los ductos existentes de gas es una combinación muy poderosa que lo posiciona como un competidor interesante tanto para el gas, así como para la gasolina, el diésel y la turbosina.

Actualmente se producen 75 millones de toneladas anualmente de hidrógeno a partir de cuatro métodos de producción: (1) Reformado de metano con vapor (“SMR”, por sus siglas en inglés), (2) oxidación parcial de metano, (3) gasificación de carbón o biomasa y (4) electrólisis. El 98% del hidrógeno producido actualmente es con base en energía fósil.

De estos métodos, el SMR (es decir, hidrógeno gris o azul) sigue siendo el más competitivo en costo mas no en emisión de CO₂. De acuerdo con un estudio del 2022 del National Energy Technology Laboratory (“NETL”) e información de IRENA, el costo nivelado de producción de hidrógeno verde es casi tres veces el del hidrógeno gris (asume un costo de gas de 4.42 USD/MMBTU).

Es importante destacar que los costos de producción antes mencionados dependen en gran medida del precio relativo del gas, el cual pesa entre el 50% y el 70% en la estructura de costos del SMR. Actualmente, con base en la información del estudio de NETL, el punto de indiferencia entre el uso de hidrógeno gris y verde sería un precio del gas 16.5 USD/MMBTU.

A un mayor precio del gas, el hidrógeno verde es más competitivo. Por ello no sorprende que los desarrollos de los primeros proyectos de hidrógeno se estén dando en Europa y Asia donde se registran los mayores precios de gas a nivel mundial.

Las proyecciones de IRENA al año 2030 y 2050 estiman que el costo de producción de hidrógeno verde ascenderá a 1.8 USD/kg y 1 USD/kg, respectivamente. Incluso el Departamento de Energía de los Estados Unidos lanzó un programa llamado Hydrogen Shot que busca alcanzar un costo de producción de menos de 1 USD/kg para el 2030.

Las palancas clave en la determinación del costo de producción del hidrógeno verde son (i) el costo del electrolizador, (ii) el factor de planta y (iii) el costo de la electricidad. Por ello, el costo de las energías renovables será determinante para la ubicación de los hubs de producción de hidrógeno verde en el futuro. Algunos estudios ubican a China y Chile como los países con una ventaja competitiva en esta materia, ya que sus costos de producción de hidrógeno verde oscilarían para el 2050 entre 0.65 y 1.15 USD/kg

En 2020 se creó la iniciativa global “Green Hydrogen Catapult” que busca impulsar el uso generalizado del hidrógeno verde. Sus objetivos consisten en multiplicar por 50 veces la capacidad instalada para 2026, así como reducir 50% el costo de producción del mismo. Esta iniciativa cuenta con el apoyo tanto de Naciones Unidas como de empresas como de Europa, Asia y Medio Oriente, entre otras. A la fecha los miembros de dicha iniciativa ya comprometieron el 55% de la meta de instalación de electrolizadores con capacidad de 80 GW.

Actualmente se están desarrollando diversos proyectos de hidrógeno verde que entrarán en operación en los próximos 5 a 15 años. Tan solo los diez principales proyectos en desarrollo aportarán 50 GW de capacidad. Es importante destacar que, como la geografía y consecuentemente los recursos naturales, están influyendo en el tipo de proyectos de hidrógeno que se desarrollan. Mientras que Arabia Saudita busca convertirse en el mayor hub de hidrógeno azul a base de gas, Europa lo hace con hidrogeno verde y China se enfoca en hidrógeno gris y azul a base de carbón. Destaca el caso de Australia que busca producir tanto hidrógeno azul como verde con base en su gas y energía solar, respectivamente. De hecho, el mayor proyecto de producción de hidrógeno verde a nivel mundial se tiene planeado en Australia por parte de WGEH y ascendería a cerca de 100 billones de dólares.

En Estados Unidos se han llevado a cabo tres proyectos de hidrógeno verde en la costa Noreste, donde, con el exceso de energía renovable, se produce hidrógeno verde que se almacena en cavernas salinas para posteriormente utilizarlo como combustible en plantas de ciclo combina para la producción de electricidad.

No obstante, en la potencialidad del hidrógeno existe un factor de incertidumbre acerca de qué tecnología de producción de hidrógeno verde será la ganadora. Se han invertido grandes cantidades en R&D para descubrir métodos disruptivos de producción de hidrógeno verde. En la actualidad se cuenta con 8 métodos de producción probados y más de 300 bajo investigación. Todavía es muy reciente para saber cuál de dichos métodos de producción será el mejor en costo, escala y facilidad de instalación. Dependiendo el método de producción, el costo del hidrógeno verde puede variar de 1.8 USD/kg hasta 5.7USD/kg, incluso unos investigadores japoneses afirman tener un método de producción con un costo de producción de 0.5 USD/kg.

Derivado de su volumetría y nivel de eficiencia energética, el hidrógeno tendría como aplicación natural el ser (i) combustible para el transporte pesado, la aviación, el transporte marino, vehículos de largo uso como taxis, el calentamiento de edificios, la generación eléctrica y como (ii) materia prima industrial o la producción de amoniaco. Mientras que en un motor de combustión interna la gasolina y el hidrógeno tienen una eficiencia de 20 a 25%, respectivamente, en un fuel cell de un coche eléctrico la eficiencia del hidrógeno aumenta a 60%.

En síntesis, en la actualidad se están empezando a desarrollar grandes proyectos de hidrógeno verde y azul en Europa, China, Australia y Medio Oriente, cuyos primeros resultados los sentiremos en 5 a 10 años.

Aún existe incertidumbre acerca de qué tan rápido puedan evolucionar las tecnologías que abaraten el costo de producción y cuál de las tecnologías sea la más conveniente de utilizar.

Sin duda alguna, el hidrógeno constituye el reto estratégico más importante para las energías fósiles en el mediano-largo plazo. En el momento que los costos generales de producción de hidrógeno sean inferiores a 2 USD/kg empezaremos un proceso de no retorno en la sustitución acelerada de las energías fósiles.

*/ José Pablo Rinkenbach es graduado de administración por el ITAM, MBA por Rochester y Master en Energy Business por Tulsa. Actualmente es Director de Ainda.

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