Por qué es tan difícil producir hidrógeno verde sin emisiones

Como los colores del arco iris del hidrógeno empiezan a difuminarse, elegir entre el verde y el azul no será fácil. Sin embargo, el hidrógeno verde parece ser el ganador. Fabricado a partir del agua mediante electrolizadores alimentados por energías renovables, el hidrógeno verde ofrece la posibilidad de obtener hidrógeno sin emisiones. Hoy en día es caro, pero la innovación y su ampliación deberían convertirlo en una fuente de energía competitiva a principios de la década de 2030.

Como el hidrógeno marrón se fabrica a partir del carbón, y el gris y el azul se crean a partir del gas natural con CO2 liberado capturado, la percepción común es que el verde dominará el mapa de colores del futuro suministro de hidrógeno, arrasando en cuanto a costos e intensidad de carbono.

Pero, ¿es así? Un reciente informe de Wood Mackenzie - Over the rainbow: why understanding full value-chain carbon intensity is trumping the color of hydrogen - identificaba cuatro factores que complican el auge del hidrógeno verde y que los promotores y posibles compradores deben tener en cuenta.

En primer lugar, el hidrógeno auténticamente verde tiene una intensidad de carbono muy baja, normalmente entre cero y 0,5 kgCO2eq/kgH2. Es decir, 20 veces menos que el azul, 50 veces menos que el gris y 100 veces menos que el marrón. Pero eso es sólo si el hidrógeno verde se produce utilizando energía renovable, y la variabilidad de la energía solar y eólica reduce drásticamente la utilización de un electrolizador, lo que aumenta los costos.

La solución 24/7 consiste en conectar el electrolizador a la red local durante los periodos de inactividad de las energías renovables para maximizar la utilización del electrolizador. Ahí radica el problema. La mayoría de las redes están muy lejos de las emisiones cero, por lo que el uso de la energía de la red aumentará la intensidad de carbono del hidrógeno verde producido. Según nuestros cálculos, el hidrógeno electrolítico producido con un 100% de energía de la red puede tener una intensidad de carbono incluso mayor que el hidrógeno marrón.

La tecnología de los electrolizadores también es importante. China domina la capacidad de fabricación mundial, pero sus electrolizadores alcalinos favoritos necesitan una carga eléctrica continua para mantenerse dentro de los límites de seguridad, lo que inevitablemente se traduce en mayores emisiones.

La tecnología de membrana de intercambio protónico (PEM), preferida por los fabricantes occidentales de equipos originales (OEM), permite duplicar la producción de hidrógeno con la generación renovable. La preocupación es que acabemos teniendo un mercado mundial de dos niveles, ya que los fabricantes chinos de equipos originales impulsan electrolizadores alcalinos de bajo costo para conquistar parte del mercado en países con normas menos estrictas en materia de emisiones.

En segundo lugar, los responsables políticos están intentando establecer normas -e incentivos- para certificar que una molécula de hidrógeno verde que sale al mercado hace lo que dice. La UE ha fijado límites estrictos al uso de electrolizadores conectados a la red.

En EE.UU., las normas sobre el uso de la red eléctrica y las energías renovables para los electrolizadores, que determinan la concesión de deducciones fiscales, se basan en la intensidad de carbono. Otros mercados, como Japón, Australia e India, van a la zaga.

La opción obvia en cualquier mercado es que el promotor compre el 100% de la energía verde mediante acuerdos de compra de energía (PPA). Sin embargo, los promotores se encuentran con que en la mayoría de los mercados energéticos no existen contratos de compra de energía a la escala y con la duración necesarias.

En tercer lugar, las emisiones del hidrógeno verde no se limitan al proceso de producción. El futuro suministro de hidrógeno comercializado en todo el mundo se producirá en países ricos en energías renovables, como Arabia Saudí y Australia, y luego se exportará a los grandes centros de demanda de Europa y el norte de Asia. Una vez que la conversión, la compresión, el transporte y la reconversión del hidrógeno se tienen en cuenta en la ecuación, la intensidad de las emisiones se convierte en un desafío nuevo.

Para transportar hidrógeno por mar, que tiene una densidad baja, hay que comprimirlo o licuarlo, o convertirlo en derivados, como amoníaco o metanol, que ya son cargas habituales en el comercio marítimo. Nuestro análisis sugiere que la síntesis, el transporte y la descomposición del amoníaco añadirán entre un 20% y un 25% más a la intensidad de las emisiones de la mayor parte del hidrógeno verde y azul destinado a la exportación.

En cuarto lugar, las normas sobre la intensidad de carbono de las redes y la cadena de valor del transporte enturbian la definición del hidrógeno menos intensivo en carbono. La apuesta segura es el hidrógeno verde 100% renovable, que se sitúa por debajo del límite de intensidad de la UE de 3,4kgCO2eq/kgH2. Sin embargo, este punto de referencia está fuera del alcance de la mayoría de los promotores, y sólo Noruega, rica en recursos hídricos, puede garantizar un 100% de energías renovables a gran escala.

La mayoría de los proyectos de hidrógeno ecológico en Oriente Medio, Estados Unidos y Australia tendrán que utilizar la red local para obtener al menos una parte de la energía. Teniendo en cuenta el amoníaco y el transporte, estos proyectos de hidrógeno verde no sólo superarán el umbral de la UE, sino que podrían tener una intensidad de carbono similar o superior a la de los proyectos de hidrógeno azul en el mismo país.

El hidrógeno electrolítico ofrece la posibilidad de un suministro energético verdaderamente ecológico. Pero, como muestra nuestro informe, el camino hacia las emisiones cero será largo y lleno de obstáculos para la pujante industria del hidrógeno verde. Los esfuerzos por minimizar la intensidad de carbono a lo largo de la cadena de valor repercutirán en los costes y en la posibilidad de optar por subvenciones. El punto de partida debe ser un mayor acceso a la energía renovable a través de acuerdos de compra de energía verde.