Las estrategias “Electricidad hacia X” y “Gas Natural hacia X”: ¿compiten o se complementan?

Como se expuso en las columnas anteriores, 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.).

1. Resumen de las dos estrategias

Estas estrategias, expuestas en mi columna anterior, se pueden resumir de la siguiente manera:

• “Electricidad hacia X”. Esta estrategia busca producir hidrógeno (H2) con un proceso carbono neutro a través de la tecnología de electrólisis del agua (H2O) con electricidad de bajo costo generada con fuentes renovables de energía (particularmente solar y eólica).

Al hidrógeno producido de esta manera se le llama hidrógeno “verde” por su origen de energías renovables.

Con el hidrógeno producido de esta forma, se pueden producir adicionalmente productos energéticos (gasolina y diésel sintéticos carbono neutro que se pueden consumir en los motores tradicionales de combustión interna, gas natural sintético, etc.) y no energéticos (fertilizantes, productos médicos entre muchos otros).

• “Gas Natural hacia X”. Esta estrategia busca también producir hidrógeno (H2) para sus múltiples usos directos existentes actualmente y los muchos otros productos energéticos y no energéticos que se pueden producir con hidrógeno.

Al hidrógeno que se produce con esta estrategia, que es casi neutro en carbono, se le llama hidrógeno “azul” y se produce mediante la tecnología tradicional de reformado del gas natural con vapor de agua, pero se le agrega un proceso adicional aplicando la tecnología de Captura y Almacenamiento de Carbono que tiene las siglas CAC (del inglés Carbon Capture and Storage, con las siglas CCS).

El CO2 que se genera en el proceso de reformado del gas natural con vapor de agua es capturado y almacenado en el subsuelo (muy a menudo en yacimientos de gas natural y de petróleo).

Para identificar su origen, al hidrógeno se le llama “verde” cuando se produce con agua y electricidad generada con fuentes de energía y cuando es producido con gas natural y tecnologías de captura y almacenamiento de CO2 se le llama “azul”. Al hidrógeno producido con gas natural sin la tecnología de Captura y Almacenamiento de Carbono se le llama hidrógeno “gris”.

El hidrógeno que se produce en cualquier proceso industrial de separación es exactamente el mismo (H2) no importa su origen.

Como es también el caso del gas natural, el hidrógeno producido con cualquier fuente y cualquier tecnología no tiene color, no tiene olor y no tiene sabor, lo que lo hace indetectable para los sentidos humanos.

Lo único que es diferente en ambas estrategias es la fuente del hidrógeno (agua o gas natural) y las características de los procesos industriales para extraer el hidrógeno de la fuente (electrólisis o reformado de gas natural con vapor de agua más la captura y almacenamiento de CO2).

El resto de la estrategia “hacia X” es lo mismo: producción de múltiples productos energéticos (gasolina, diésel y gas natural sintéticos, etc.) y no energéticos (fertilizantes, etc.).

2. ¿Compiten o se complementan estas dos estrategias?

La respuesta a esta pregunta es que ambas estrategias se complementan en varios aspectos, como, por ejemplo, en el caso del desarrollo temprano de la infraestructura de transporte y distribución del hidrógeno.

Pero también competirán en el futuro según avance el desarrollo del mercado en los mercados actuales del hidrógeno (industria, refinación de petróleo, etc.) y en los nuevos mercados de consumo de hidrógeno, donde el hidrógeno “azul” y el “verde” coexistirán por muchos años.

Un estudio titulado “Blue hydrogen as an enabler of green hydrogen: the case of Germany”, elaborado por investigadores del Oxford Institute for Energy Studies, señala lo siguiente:

“Muchos estudios que comparan el hidrógeno azul y el verde en función del costo concluyen que el hidrógeno azul tiene el potencial de reducir el CO2 a gran escala.

Este estudio, que analiza el caso de Alemania, concluye que “el desarrollo de hidrógeno azul es imprescindible, ya que el hidrógeno verde no estará disponible en volúmenes sustanciales,… no antes del 2040, posiblemente del 2050.

Todos los elementos existen para reducir sustancialmente el CO2 mediante el uso de hidrógeno azul del gas natural con SMR (Steam Methane Reformer) o ATR (Auto-Thermal Reformer) con secuestro (captura y almacenamiento) de CO2.

La verdad incómoda es: las energías renovables y el hidrógeno verde no tienen posibilidades de descarbonizar el segmento de energía no eléctrica para el 2050, que en Alemania (y en la Unión Europea) hoy representa casi el 80% del consumo energético final.

El hidrógeno azul puede hacer el trabajo de descarbonizar el sector no eléctrico comenzando ahora con la oportunidad de descarbonizarlo para el 2050 para que el hidrógeno verde pueda competir cuando esté listo.

El sector no eléctrico (alrededor del 80% de la demanda final de energía) también debe descarbonizarse para el 2050. El hidrógeno es el candidato obvio para reemplazar a los hidrocarburos, ya que su aplicación es similar y su cambio no causa demasiada interrupción.

Además, existen diferentes formas de producir hidrógeno sin CO2, ya sea a partir de electricidad renovable y electrólisis (hidrógeno verde) o mediante gas descarbonizado (hidrógeno azul).

Es muy poco probable que estén disponibles cantidades sustanciales de hidrógeno verde durante las próximas dos o tres décadas.

El despliegue de hidrógeno azul a gran escala es el único enfoque realista para lograr una descarbonización temprana y profunda del sector no eléctrico.

Todos los componentes de la tecnología del hidrógeno azul están listos para su aplicación a gran escala”.

Un artículo titulado “Blue vs Green Hydrogen: Which Will The Market Choose?”, publicado por la revista Forbes, señaló lo siguiente:

“Hoy en día, el hidrógeno verde es dos o tres veces más caro que el hidrógeno azul, según un informe de diciembre del 2020 de la Agencia Internacional de Energías Renovables.

La mayoría de los expertos coinciden en que va existir un período de transición en el que el hidrógeno azul, que es más barato y cuya producción se puede aumentar más fácilmente a una escala comercial, va a servir de puente hacia una economía en la que el hidrógeno verde carbono cero predomine.

El hidrógeno gris, verde y azul serían parte del mix energético del hidrógeno en el futuro”.

3. Uso de los recursos naturales propios para construir la ruta hacia el hidrógeno

Los países potencian sus propios recursos naturales para producir hidrógeno y lo hacen con aquellos recursos que tienen el menor costo, ya que el imperativo económico (costos bajos) es fundamental para poder competir.

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

La fuente o materia prima y el proceso industrial de menor costo actualmente para producir hidrógeno es el gas natural, razón por la cual es la principal fuente de hidrogeno en el mundo.

En los países con reservas de gas natural, el uso del gas natural para este fin es mucho mayor. Uno de estos casos es los EE.UU. De acuerdo con datos publicados por el Ministerio de Energía de este país, “hoy en día, el 95% del hidrógeno producido en los Estados Unidos se obtiene mediante el reformado del gas natural con vapor de agua”.

El paso de producción de hidrógeno gris (sin secuestro de CO2 producido durante el proceso) a hidrógeno azul (con secuestro del CO2) es un paso que los países con reservas de gas natural están preparándose para potenciar aún más sus reservas.

Todos los países, a excepción de Costa Rica, buscan entrar a la ruta del hidrógeno, y al resto de la estrategia “hacia X”, con base en el potencial de sus recursos naturales para ir desarrollando la infraestructura y el mercado.

Esta estrategia les va permitir ir reduciendo las emisiones de gases de efecto invernadero progresivamente e ir migrando paulatinamente hacia las otras etapas en la ruta del hidrógeno que aún no son competitivas desde la perspectiva de costos.

Un ejemplo no muy lejano es Colombia. Como lo señalé en una columna anterior, este país, como muchos otros, ha desarrollado una estrategia para iniciar la ruta del hidrógeno con base en sus propios recursos naturales, utilizando su potencial de carbón y de gas natural para producir hidrógeno “azul”. Esta estrategia prevé pasar luego en el futuro a la variedad verde derivada de las energías renovables cuando ésta sea competitiva en costos.

El hidrógeno “azul” será la base fundamental para empezar a ampliar la cadena de valor del hidrógeno en Colombia hasta el desarrollo a gran escala del hidrógeno “verde” en el momento que sea competitivo.

De acuerdo con esta estrategia, el hidrógeno “azul” (proveniente del carbón y del gas natural nacionales) y el “verde” coexistirían en el mercado en una dinámica evolutiva.

La estrategia de Colombia, como la de muchos otros países del mundo, es muy clara y se apalanca sobre la riqueza energética nacional en un proceso energético y tecnológico evolutivo.

Esta estrategia prevé también que las inversiones del sector privado sean importantes en esta evolución energética continua donde las fuentes de energía y tecnologías más tradicionales coexistirán con las nuevas por muchos años en un proceso de desplazamiento paulatino durante décadas.

4. Conclusiones

Es evidente que las rutas hacia el hidrógeno y hacia los otros componentes de las estrategias “Electricidad hacia X” y “Gas Natural hacia X” van a tener su propia transición interna de las fuentes de hidrógeno dentro del marco de una transición energética integral en el tiempo.

La convivencia durante varias décadas del hidrógeno gris, azul y verde (de complemento y de competencia) va a ser dinámica, donde la producción hidrógeno con tecnologías que generan mayores emisiones de carbono van a ir cediendo su lugar paulatinamente a las tecnologías de muy bajas emisiones y de cero emisiones.

Los estudios internacionales así lo señalan, incluyendo los siguientes:

• “Si el gas natural es un combustible de transición en el cambio hacia energía neta cero carbono, entonces el hidrógeno azul, creado a partir del gas natural, es un combustible de transición dentro de un combustible de transición” (“How blue is your hydrogen?, Industry experts analyse hydrogen's pitfalls and opportunities”, publicado por Upstream).

• “Si bien el objetivo puede ser el hidrógeno verde a partir de energía renovable, el hidrógeno azul del gas natural, con captura y almacenamiento de carbono, será una forma más barata y rápida de reducir las emisiones y de aumentar la demanda de hidrógeno limpio durante los próximos años” (“From blue to green: hydrogen’s own energy transition”, publicado por Energy Monitor).

El gas natural no solamente es un elemento importante en la transición interna que se está dando dentro de la evolución de la ruta del hidrógeno, sino que además es una fuente de energía clave en la transición energética directa y que, entre otras cosas, va a desplazar al petróleo en el futuro como la principal fuente de energía del mundo.

Los estudios internacionales señalan que de aquí al 2040 existen tres fuentes de energía que están liderando la transición energética mundial: la energía solar y la eólica para generar electricidad y el gas natural con espectro más amplio de usos energéticos y no energéticos.

Así lo señalan múltiples estudios internacionales, incluyendo el BP Energy Outlook 2040:

“La transición hacia una matriz energética con menos emisiones de carbono continúa y es liderada por las energías renovables (particularmente la solar y la eólica) y el gas natural”.

“En el escenario ET (Evolving Transition), las energías renovables (solar y eólica principalmente) y el gas natural representan casi el 85% del crecimiento de la energía primaria mundial (hacia el 2040), y su importancia aumenta en relación con todas las demás fuentes de energía”.

“En el escenario ET, el gas natural crece a una tasa promedio de 1.7% anual – con un aumento de casi el 50% para el 2040 – y es la única fuente de energía, junto con las energías renovables, cuya participación en la energía primaria aumenta”.

Del 85% del crecimiento del consumo mundial de energía hacia el 2040, el 35% corresponde a las energías renovables (mayoritariamente solar y eólica) y el 50% al gas natural.

El gas natural tiene además miles de otros usos no energéticos, por ejemplo, como materia prima para la producción de fertilizantes de bajo costo y de productos médicos.

Con respecto al potencial nacional de gas natural, las exploraciones anteriores identificaron que el país tiene un importante potencial de gas natural, lo cual ha sido señalado igualmente por el Colegio de Geólogos de Costa Rica, el cual ha indicado claramente que “Sí hay gas natural en Costa Rica”.

Pero aquí, el Gobierno y un grupo de diputados afines están buscando afanosamente prohibir el desarrollo del gas natural en el país a través de una ley de la República aduciendo que es una fuente de energía del pasado, cuando la evidencia internacional muestra que la situación es total y rotundamente lo contrario.

Si ese proyecto de ley, que ya está para discusión en el Plenario Legislativo, fuera aprobado, lanzaría a la economía nacional en el futuro hacia una enorme desventaja energética y económica.

Con este proyecto de ley se le privaría al país de lo siguiente, entre muchas otras cosas:

• Una gran riqueza nacional que contiene grandes cantidades de recursos fiscales y de divisas que potenciarían fuertemente la economía nacional y el empleo.

• Un elemento clave que está potenciando la competitividad energética y el crecimiento económico y social el mundo.

• Una importante fuente de energía de bajo costo y de bajas emisiones que está siendo clave para la transición energética y la descabonización que está en proceso en el mundo, tanto en su uso directo energético y no energético como en su uso en la futura ruta evolutiva del hidrógeno.