La ruta del hidrógeno tiene también su propia transición interna (IX): Síntesis de los factores claves

Roberto Dobles roberto.dobles@gmail.com | Lunes 14 marzo, 2022

En las ocho columnas anteriores se analizaron diferentes factores claves relacionados con la transición interna dentro de la ruta del hidrógeno para que ésta se integre plenamente en la transición energética, la cual es mucho más amplia y más compleja.

En esta columna se señalan, de manera resumida, los factores más relevantes cuyos datos y estudios fueron analizados en las columnas anteriores.

1. Cambios en la composición de la demanda mundial del hidrógeno

Aproximadamente el 99% del hidrógeno producido actualmente en el mundo es para usos no energéticos pero se espera que el consumo para usos energéticos vaya creciendo paulatinamente en el futuro.

Más del 80% de esa producción mundial de hidrógeno se utiliza para la refinación de petróleo y para sintetizar amoníaco y sus derivados (para producir fertilizantes para la agricultura).

Los usos energéticos del hidrógeno son actualmente ínfimos y su demanda futura en sectores claves, como el transporte, la industria, el comercio y el sector residencial, va a depender en gran medida de la evolución de los costos en toda su cadena de valor, los cuales determinarán el costo final al consumidor, el cual es clave para su adopción.

2. Transición en la ruta interna del hidrógeno

Los grandes cambios que se van a dar en el futuro en la producción de hidrógeno, para ser utilizado en sus múltiples usos energéticos, están siendo inducidos por la lucha contra el cambio climático.

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

De ese porcentaje de hidrógeno producido actualmente mediante la electrólisis del agua, menos del 1% de la producción total mundial es producido con fuentes renovables.

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

Cada país aprovecha la disponibilidad, la producción y las reservas de sus propios recursos naturales para producir hidrógeno, por lo que los porcentajes varían mucho de país a país. Tal es el caso de los dos principales productores a nivel mundial:

• 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 y el 19% del gas natural.

• 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.

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

Aunque el hidrógeno producido con cualquier proceso industrial y con cualquier fuente o materia prima es un gas sin color y sin olor con características físicas y químicas similares, no es igual desde el punto de vista de la huella de carbono que cada proceso genera.

Por esta razón es que al hidrógeno se le asignan códigos de color (en una paleta de colores) que identifican el origen y la huella de carbono de los diversos procesos industriales de producción, los cuales van desde los procesos con menores emisiones hasta los que tienen mayores emisiones.

3. La neutralidad tecnológica

La neutralidad tecnológica está siendo un factor clave en la estrategia en la ruta del hidrógeno, por lo que los países en el mundo no se están “casando” con una sola tecnología y con un solo proceso para producir hidrógeno.

Estos países buscan una estrategia de neutralidad tecnológica para producir simultáneamente hidrógeno a partir de diferentes fuentes según la disponibilidad de sus recursos naturales nacionales y según la evolución de los continuos adelantos tecnológicos para ser competitivos a través del tiempo y tener éxito en el desarrollo nacional de la ruta del hidrógeno.

En la transición energética evolutiva que está ocurriendo en el mundo, la ruta mundial del hidrógeno va a ir desenvolviéndose dentro del marco de una estrategia multicolor tecnológicamente neutra, la cual conlleva a múltiples fuentes y tecnologías de producción de hidrógeno en una evolución continua de reducción de costos y de emisiones.

Según la disponibilidad de sus recursos naturales nacionales, muchos países producirán así simultáneamente hidrógeno proveniente de varios de sus recursos naturales locales como, por ejemplo, la radiación solar, el viento, el gas natural con CCS y el carbón con CCS.

4. Evolución paulatina hacia el hidrógeno verde y azul

El consumo de hidrógeno no genera la emisión de gases de efecto invernadero, pero las materias primas y los procesos industriales que se usan actualmente en su producción sí generan esos gases.

El interés del hidrógeno, dentro del marco de la transición energética hacia energías limpias, para luchar contra el cambio climático, tiene sentido sólo si las emisiones a nivel de su producción se reducen significativamente o si se eliminan totalmente en los procesos de extracción o separación de las materias primas donde se encuentra en la Tierra.

Por esta razón es que la ruta del hidrógeno tendrá en el futuro una transición interna paulatina hacia el hidrógeno verde (producido con agua y energías renovables) y el azul (producido con el reformado del gas natural con vapor de agua y con la tecnología de captura, uso y almacenamiento de carbono (CCS, del inglés Carbon Capture and Storage).

Muchos países que tienen una amplia disponibilidad de recursos naturales producirán simultáneamente hidrógeno azul y verde en sus territorios en esa evolución futura.

Además de la reducción de los costos de los electrolizadores y la mejora de su eficiencia de operación, otro de los factores claves para potenciar la evolución de la producción del hidrógeno verde es la reducción de los costos de generación de electricidad con energías renovables.

De acuerdo con la prestigiosa firma S&P Global Platts, “los precios de la energía eléctrica tendrían que estar por debajo de $30/MWh (3 centavos de dólar/Kwh) antes de que el hidrógeno verde renovable pueda incluso comenzar a ser competitivo en costos con el hidrógeno azul, según el modelo de Platts Analytics”.

Se espera que los adelantos tecnológicos vayan reduciendo paulatinamente todos los costos del hidrógeno verde en el futuro y que éstos variarán según las regiones del mundo.

Un estudio elaborado por Aurora Energy Research revela que Europa no conseguirá producir hidrógeno verde a un precio asequible hasta el 2030.

También señala que los costos de producción de hidrógeno verde en el Medio Oriente (Catar, Arabia Saudita y Emiratos Árabes Unidos) y en Australia son mucho más bajos. Estos países van a producir igualmente hidrógeno azul. De hecho, Australia ya lo produce y lo exporta a China.

5. La ventaja competitiva del desarrollo temprano de la infraestructura y de la reutilización de los gasoductos de gas natural

En el mundo se tiene claro que el desarrollo temprano de la infraestructura segura de transporte, almacenamiento, distribución y comercialización (nacional e internacional) del hidrógeno, a un costo competitivo internacionalmente, provee una ventaja competitiva adicional para tener éxito en impulsar el desarrollo del hidrógeno, tanto para los mercados no energéticos como energéticos.

Lo anterior en adición al desarrollo de la infraestructura de producción de hidrógeno a costos competitivos internacionalmente para lograr también una ventaja competitiva en este eslabón de la cadena de valor.

Muchos países están actualmente impulsando el mercado nacional e internacional con el desarrollo de su infraestructura de transporte, almacenamiento y distribución con hidrógeno de bajo costo producido con los recursos energéticos nacionales disponibles (particularmente gas natural).

Lo anterior con el fin de crear de manera temprana, con esos recursos energéticos de bajo costo disponibles en el país, una ventaja competitiva anticipada que les permita posicionarse estratégicamente en el mercado futuro del hidrógeno.

Además del desarrollo de nueva infraestructura de transporte y distribución con base en los recursos energéticos de bajo costo disponibles en el país para producir hidrógeno (por ejemplo, con gas natural), el potenciar el uso de la infraestructura existente es también otra fuente de ventaja competitiva temprana, particularmente la infraestructura de gas natural.

Un estudio titulado “Transporting Pure Hydrogen by Repurposing Existing Natural Gas Infrastructure: Overview of existing studies and reflections on the conditions for repurposing”, elaborado por la European Union Agency for the Cooperation of Energy Regulators, señala lo siguiente:

“Las principales ventajas de la reutilización de los gasoductos de gas natural son:

• Las redes de gasoductos de gas natural ya están disponibles y están socialmente aceptadas (rutas, incluyendo los derechos de paso y de uso);

• Las redes de gas natural se pueden convertir a un costo más económico para transportar también hidrógeno en comparación con los costos de construir nuevas tuberías dedicadas de hidrógeno. Además, dicha conversión se puede hacer gradualmente (dependiendo de la evolución de la demanda y del suministro de hidrógeno) dando un nuevo uso adicional a partes de la red de gas natural existente que presenta una amplia cobertura geográfica en toda la Unión Europea”.

6. Creciente competencia en la ruta de la transición energética

La ruta del hidrógeno en el futuro estará sujeta a una creciente competencia internacional en un mercado global donde la competitividad de clase mundial (en términos de costos bajos, calidad y reducción de emisiones), con neutralidad tecnológica, es vital para poder tener éxito.

La participación del hidrógeno en la transición energética mundial va a tener una creciente competencia con todas las otras fuentes de energía, donde las mejores tecnologías irán desplazando paulatinamente a las tecnologías más tradicionales.

La transición energética 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.

Dentro de este contexto, la transición paulatina en la ruta del hidrógeno hacia fuentes y procesos de menor costo y de menores emisiones va a estar también marcada por una alta competencia interna entre las diferentes fuentes de hidrógeno.

7. Principal competencia del hidrógeno en la transición energética

En el sector energético, el uso de la electricidad directa es el principal competidor del hidrógeno, ya que es más barato producirla, transportarla (en las redes de trasmisión) y distribuirla (en las redes de distribución). Los equipos de consumo (vehículos eléctricos de baterías, etc.) son también actualmente mucho más baratos

Los datos a nivel mundial confirman esta situación:

• La cantidad de vehículos eléctricos con baterías en el 2020 fue de 12 millones.

• A diciembre del 2020 había nada más 31.225 vehículos de pasajeros propulsados con hidrógeno en las carreteras del mundo. El hidrógeno que abasteció estos vehículos provino mayoritariamente del gas natural producido con la tecnología de reformado con vapor de agua.

• La cantidad de vehículos con motores de combustión interna en el mundo en el 2020 fue 1.200 millones.

Las tendencias futuras a largo plazo favorecen también fuertemente al uso directo de la electricidad en vehículos eléctricos con baterías. Los datos muestran que la tasa de crecimiento futuro de los vehículos eléctricos de baterías es alta y que la de los vehículos de hidrógeno es muy baja.

La penetración futura de los vehículos eléctricos de baterías en el sector transporte será muy fuerte de aquí al 2040 y más allá, mientras que la penetración de los vehículos de hidrógeno sería muy baja.

Así muestran los estudios internacionales que hacen proyecciones a largo plazo, incluyendo el estudio titulado “Electric Vehicle Outlook, 2021”, elaborado por Bloomberg NEF, el cual señala lo siguiente:

“Las ventas de vehículos eléctricos están aumentando debido a una combinación de apoyo de políticas, mejoras en la tecnología y el costo de las baterías, más la infraestructura de carga eléctrica que se está construyendo y nuevos modelos atractivos de los fabricantes de automóviles”.

“La electrificación también se está extendiendo a nuevos segmentos del transporte por carretera, preparando el escenario para los grandes cambios que se avecinan”.

Sobre las perspectivas futuras, este estudio señala lo siguiente:

• Composición de las ventas de vehículos nuevos en el 2040 (incluye solamente las ventas de vehículos nuevos): eléctricos de baterías 68%, combustión interna 17%, híbridos 13%, hidrógeno 2% e híbridos de enchufar 0%.

• Composición de la flota vehicular total mundial en el 2040 (incluye todos los vehículos nuevos y viejos): combustión interna (gasolina y diésel) 41,9%, eléctricos de baterías 37,4%, híbridos 18,1%, híbridos de enchufar 1,9% e hidrógeno 0,7%.

8. Evolución del hidrógeno dentro de la ruta de la transición energética

El alto costo actual de producción, transporte, distribución y uso hace que el hidrógeno tenga una muy baja participación y una muy lenta penetración en el sector transporte y en otros sectores y, consecuentemente, en la matriz energética mundial.

Un estudio publicado por la International Energy Agency (IEA), con el título “Global Hydrogen Review 2021”, señala lo siguiente con respecto a la evolución futura del hidrógeno en el consumo energético mundial:

“La importancia del hidrógeno en el Escenario de Emisiones Netas Cero se refleja en su creciente participación en el Consumo Final Total de Energía (CFTE): en el 2020, el hidrógeno y los combustibles a base de hidrógeno representaron menos del 0,1%, para el 2030 alcanzarán el 2% y el 10% en el 2050”.

9. Logro de niveles de competitividad internacional y la estrategia multicolor como factores clave de éxito

Un artículo titulado “Multi-coloured Hydrogen in the Global Energy Transition”, publicado por la International Gas Union (IGU), señala lo siguiente sobre la estrategia multicolor del hidrógeno:

“Como establece la Estrategia del Gobierno del Reino Unido, ´el hidrógeno solo se puede considerar como una opción de descarbonización si está fácilmente disponible, al precio correcto, en el volumen correcto y con la confianza suficiente de que es bajo en carbono´.

Es por estas razones que la IGU ve el desarrollo de una economía global del hidrógeno como un proceso de múltiples etapas (múltiples colores) que es parte de la trayectoria más amplia hacia la descarbonización y hacia el logro de una transición energética justa”.

En el artículo titulado “Hydrogen: Clearing up the Colours, From green hydrogen to black — what hydrogen colours mean for the climate”, indicado anteriormente, se señala lo siguiente:

“La transición al hidrógeno en diferentes partes del mundo ya ha comenzado con un enfoque que abarca la paleta de colores (diferentes fuentes) del hidrógeno. En esta etapa crítica debemos tener cuidado de que la exageración en torno al hidrógeno no permita que los tomadores de decisiones se adhieran a un color (una fuente) de hidrógeno particular, porque estamos viendo cada vez más que alguna gente considera que solo el hidrógeno verde es dorado”.

10. Una pieza dentro del rompecabezas de la transición energética

Un estudio publicado por la International Energy Agency (IEA), con el título “Global Hydrogen Review 2021”, señaló lo siguiente:

“El hidrógeno es una parte importante del Escenario de Cero Emisiones Netas, pero es solamente una pieza del rompecabezas. Lograr cero emisiones netas para el 2050 requerirá de una amplia gama de tecnologías para transformar el sistema energético.

Los pilares fundamentales para descarbonizar el sistema energético mundial son la eficiencia energética, los cambios de comportamiento en el consumo, la electrificación, las energías renovables, el hidrógeno y los combustibles a base de hidrógeno, y el CCUS (captura, uso y almacenamiento de carbono; del inglés Carbon Capture, Usage and Storage).

Por sí solo, el aumento previsto de la demanda no es suficiente para hacer del hidrógeno un pilar clave de la descarbonización”.

11. Conclusiones

En el mundo se tiene claro que la transición energética y la ruta interna del hidrógeno estarán caracterizadas por una fuerte y creciente competencia internacional entre fuentes de energía en un mercado global donde la competitividad de clase mundial (en términos de costos bajos, calidad, seguridad energética y reducción de emisiones) es vital para poder tener éxito.

Las tecnologías, las materias primas y los procesos industriales de mayor costo y mayores emisiones irán siendo desplazados progresivamente por las opciones de menor costo y menores emisiones.

El hidrógeno (producido con cualquier fuente, aunque lo ideal es que sea verde y azul) será una pieza dentro del rompecabezas de la transición energética, aunque con una participación modesta.

Los estudios internacionales, como los realizados por la International Energy Agency (IEA), señalan que la participación del hidrógeno en la matriz energética mundial ha sido muy baja, y que ésta continuará siendo modesta en las próximas décadas con respecto a la participación de las otras fuentes de energía: 0,1%, en el 2020, 2% en el 2030 y 10% en el 2050.

La ruta del hidrógeno tiene también su propia transición interna (IX): Síntesis de los factores claves

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