El hidrógeno verde podría ser un factor decisivo para facilitar la transición mundial hacia una energía sostenible y economías con cero emisiones netas.
En todo el mundo, el impulso para hacer realidad el potencial del hidrógeno como solución de energía limpia, que se conoce desde hace mucho tiempo, no tiene precedentes.
Dr. Emanuele Taibi expone la situación actual del hidrógeno y cómo puede ayudar a lograr un futuro energético limpio, seguro y asequible.
Es el momento adecuado para aprovechar el potencial del hidrógeno y hacer que desempeñe un papel clave en la respuesta a los desafíos energéticos más apremiantes. Los recientes avances de las tecnologías de energía renovable y los vehículos eléctricos han demostrado que la innovación en políticas y tecnología puede impulsar la creación de industrias de energía limpia en todo el mundo.
El hidrógeno está surgiendo como una de las principales opciones para almacenar energía procedente de fuentes renovables; los combustibles a base de hidrógeno podrían transportar energía renovable a grandes distancias, desde regiones con abundantes recursos energéticos hasta zonas con gran demanda de energía situadas a miles de kilómetros.
El hidrógeno verde figuró en varios compromisos de reducción de emisiones asumidos en la Conferencia de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático, la COP26, como medio para descarbonizar la industria pesada, el transporte de mercancías de larga distancia, el transporte marítimo y la aviación. Tanto los gobiernos como la industria han reconocido que el hidrógeno es un pilar importante de una economía con cero emisiones netas.
La Green Hydrogen Catapult, una iniciativa de las Naciones Unidas para reducir el costo del hidrógeno verde, anunció que casi duplicará su objetivo para los electrolizadores verdes: de 25 gigavatios, fijados el año pasado, a 45 gigavatios para 2027. La Comisión Europea ha adoptado una serie de propuestas legislativas para descarbonizar el mercado del gas de la UE facilitando la adopción de gases renovables y con bajas emisiones de carbono, incluido el hidrógeno, y garantizar la seguridad energética de todos los ciudadanos de Europa. Los Emiratos Árabes Unidos también están elevando sus ambiciones: la nueva estrategia de hidrógeno del país aspira a obtener una cuarta parte del mercado mundial del hidrógeno con bajas emisiones de carbono para 2030, y Japón anunció recientemente que invertirá 3.400 millones de dólares de su fondo de innovación verde para acelerar la investigación, el desarrollo y la promoción del uso del hidrógeno durante los próximos 10 años.
Es posible que encuentres los términos «gris», «azul» y «verde» asociados a las tecnologías del hidrógeno. Todo depende de cómo se produzca. Al quemarse, el hidrógeno solo emite agua, pero su producción puede ser intensiva en carbono. Según los métodos de producción, el hidrógeno puede ser gris, azul o verde, y a veces incluso rosa, amarillo o turquesa. Sin embargo, el hidrógeno verde es el único que se produce de manera climáticamente neutra, por lo que es fundamental para alcanzar cero emisiones netas en 2050.
Le pedimos a Dr. Emanuele Taibi, director de Estrategias de Transformación del Sector Eléctrico de la Agencia Internacional de Energías Renovables (IRENA) que explicara qué es el hidrógeno verde y cómo podría allanar el camino hacia cero emisiones netas. Actualmente trabaja en el Centro de Innovación y Tecnología de IRENA, en Bonn, Alemania, donde se encarga de ayudar a los países miembros a diseñar estrategias para transformar el sector eléctrico. También dirige el trabajo sobre flexibilidad de los sistemas eléctricos, hidrógeno y almacenamiento, factores clave para facilitar la transición energética. El Dr. Taibi también es cocurador de la plataforma Strategic Intelligence del Foro Económico Mundial, donde su equipo desarrolló el mapa de transformación sobre el hidrógeno.
Tecnologías del hidrógeno verde
¿Qué le motivó a desarrollar sus conocimientos especializados en tecnologías energéticas y cómo contribuye a ello su trabajo en IRENA?
Fue durante mi tesis de maestría. Hice una pasantía en la Agencia Nacional Italiana para las Nuevas Tecnologías, la Energía y el Desarrollo Económico Sostenible (ENEA), donde aprendí sobre el desarrollo sostenible y la energía, y la relación entre ambos. Escribí mi tesis de ingeniería de gestión sobre ese tema y decidí que era el ámbito al que quería dedicar mi vida profesional. Casi 20 años de experiencia en energía y cooperación internacional, un doctorado en tecnología energética y etapas de trabajo en el sector privado, la investigación y organismos intergubernamentales después, desde 2017 dirijo el equipo de transformación del sector eléctrico de IRENA.
Mi trabajo en IRENA consiste en contribuir, junto con mi equipo y en estrecha colaboración con colegas de toda la agencia y socios externos como el Foro Económico Mundial, a apoyar a nuestros 166 países miembros en la transición energética. Nos centramos en el suministro de electricidad renovable y su uso para descarbonizar el sector energético mediante electrones verdes y moléculas verdes, como el hidrógeno y sus derivados.
¿Qué es el hidrógeno verde? ¿En qué se diferencia del hidrógeno «gris» tradicional, de altas emisiones, y del hidrógeno azul?
El hidrógeno es el elemento más simple y pequeño de la tabla periódica. Sea cual sea el método de producción, el resultado es la misma molécula sin carbono. Sin embargo, las vías para producirlo son muy diversas, al igual que las emisiones de gases de efecto invernadero, como el dióxido de carbono (CO2) y el metano (CH4).
El hidrógeno verde se define como hidrógeno producido al separar el agua en hidrógeno y oxígeno mediante electricidad renovable. Esta vía de producción es muy distinta de las del hidrógeno gris y azul.
Tradicionalmente, el hidrógeno gris se produce a partir de metano (CH4), que se separa con vapor para obtener CO2 —el principal causante del cambio climático— e H2, es decir, hidrógeno. Cada vez se produce más hidrógeno gris también a partir del carbón, con emisiones de CO2 por unidad de hidrógeno producido mucho más altas, hasta el punto de que a menudo se lo denomina hidrógeno marrón o negro en lugar de gris. Hoy se produce a escala industrial, y sus emisiones asociadas son comparables a las emisiones combinadas del Reino Unido e Indonesia. No aporta valor alguno a la transición energética; todo lo contrario.
El hidrógeno azul sigue el mismo proceso que el gris, con tecnologías adicionales para capturar el CO2 que se produce cuando el hidrógeno se separa del metano (o del carbón) y almacenarlo a largo plazo. No corresponde a un solo color, sino a una gradación muy amplia, porque no se puede capturar el 100 % del CO2 producido y no todos los métodos de almacenamiento son igual de eficaces a largo plazo. Lo principal es que, al capturar una gran parte del CO2, se puede reducir significativamente el impacto climático de la producción de hidrógeno.
Hay tecnologías (como la pirólisis del metano) que prometen tasas de captura elevadas (90-95 %) y un almacenamiento eficaz y a largo plazo del CO2 en forma sólida; podrían superar tanto al hidrógeno azul que merecen un color propio en el «arcoíris de la taxonomía del hidrógeno»: el hidrógeno turquesa. Sin embargo, la pirólisis del metano aún está en fase piloto, mientras que el hidrógeno verde está ampliándose rápidamente gracias a dos tecnologías clave: la energía renovable (en particular la solar fotovoltaica y la eólica, entre otras) y la electrólisis.
A diferencia de la energía renovable, que hoy es la fuente de electricidad más barata en la mayoría de los países y regiones, la electrólisis para producir hidrógeno verde debe ampliarse considerablemente y reducir su costo al menos tres veces durante la próxima década o las dos siguientes. Sin embargo, a diferencia de la captura y almacenamiento de carbono (CCS) y la pirólisis del metano, la electrólisis ya está disponible comercialmente y se puede adquirir ahora mismo de múltiples proveedores internacionales.
Soluciones energéticas con hidrógeno verde
¿Qué ventajas ofrecen las soluciones para la transición energética hacia una economía del hidrógeno «verde»? ¿Cómo podríamos pasar de la situación actual, en la que predomina el hidrógeno gris, a una economía del hidrógeno verde?
El hidrógeno verde es una pieza importante de la transición energética. No es el siguiente paso inmediato: primero debemos acelerar aún más el despliegue de electricidad renovable para descarbonizar los sistemas eléctricos existentes e impulsar la electrificación del sector energético para aprovechar la electricidad renovable de bajo costo. Después podremos descarbonizar mediante hidrógeno verde los sectores difíciles de electrificar, como la industria pesada, el transporte marítimo y la aviación.
Es importante señalar que hoy producimos una cantidad considerable de hidrógeno gris, con altas emisiones de CO2 (y metano). La prioridad sería empezar a descarbonizar la demanda existente de hidrógeno, por ejemplo, sustituyendo el amoníaco producido a partir de gas natural por amoníaco verde.
Estudios recientes han suscitado un debate sobre el hidrógeno azul como combustible de transición hasta que el hidrógeno verde sea competitivo en costos. ¿Cómo podría el hidrógeno verde llegar a ser competitivo en costos frente al azul? ¿Qué inversiones estratégicas deberían realizarse durante el proceso de desarrollo tecnológico?
El primer paso es dar una señal para que el hidrógeno azul sustituya al gris, ya que, sin un precio por las emisiones de CO2, las empresas no tienen argumentos comerciales para invertir en sistemas complejos y costosos de captura de carbono (CCS) ni en el almacenamiento geológico de CO2. Cuando el marco permita que el hidrógeno con bajas emisiones de carbono (azul, verde o turquesa) sea competitivo frente al hidrógeno gris, la pregunta será: ¿deberíamos invertir en CCS si existe el riesgo de que los activos queden varados, y cuánto tardará el hidrógeno verde en ser más barato que el azul?
La respuesta, por supuesto, variará según la región. En un mundo con cero emisiones netas, objetivo con el que se están comprometiendo cada vez más países, las emisiones restantes del hidrógeno azul tendrían que compensarse con emisiones negativas. Eso tendrá un costo. Al mismo tiempo, los precios del gas han sido muy volátiles últimamente, lo que hace que el precio del hidrógeno azul esté muy correlacionado con el precio del gas y expuesto no solo a la incertidumbre del precio del CO2, sino también a la volatilidad del precio del gas natural.
En cambio, con el hidrógeno verde podríamos ver una evolución similar a la de la energía solar fotovoltaica. Requiere mucho capital; por tanto, debemos reducir tanto los costos de inversión como el costo del capital, ampliando la fabricación de tecnologías renovables y electrolizadores, y asegurando una demanda con bajo riesgo para reducir el costo del capital de las inversiones en hidrógeno verde. Esto dará lugar a un costo estable y decreciente del hidrógeno verde, frente al costo volátil y potencialmente creciente del hidrógeno azul.
Las tecnologías de energía renovable ya han alcanzado un grado de madurez que permite generar electricidad renovable de forma competitiva en todo el mundo, requisito previo para producir hidrógeno verde de manera competitiva. Sin embargo, los electrolizadores aún se despliegan a muy pequeña escala y necesitan una ampliación de tres órdenes de magnitud durante las próximas tres décadas para reducir sus costos a un tercio.
La cartera actual de proyectos de hidrógeno verde va camino de reducir a la mitad el costo de los electrolizadores antes de 2030. Esto, junto con grandes proyectos ubicados donde abundan los mejores recursos renovables, podría hacer posible disponer de hidrógeno verde competitivo a gran escala en los próximos 5-10 años. Queda poco tiempo para que el hidrógeno azul —que hoy sigue en fase piloto— pase de la fase piloto a la comercial, despliegue proyectos complejos (por ejemplo, el almacenamiento geológico de CO2 a largo plazo) a escala comercial y con costos competitivos, y recupere las inversiones realizadas en los próximos 10-15 años.
Varios gobiernos ya han incluido tecnologías de combustibles de hidrógeno en sus estrategias nacionales. Ante la creciente demanda de descarbonizar la economía y de tecnologías facilitadoras con mayores tasas de captura de carbono, ¿qué aconsejaría a los responsables de formular políticas y tomar decisiones que evalúan las ventajas y desventajas del hidrógeno verde?
Necesitaremos hidrógeno verde para alcanzar cero emisiones netas, en particular en la industria, el transporte marítimo y la aviación. Sin embargo, lo que más necesitamos con urgencia es:
1) eficiencia energética;
2) electrificación;
3) crecimiento acelerado de la generación de energía renovable.
Una vez logrado esto, quedará alrededor del 40 % de la demanda por descarbonizar, y ahí necesitaremos hidrógeno verde, bioenergía moderna y el uso directo de energías renovables. Cuando ampliemos aún más la energía renovable para descarbonizar la electricidad, podremos aumentar todavía más la capacidad de generación renovable para producir hidrógeno verde competitivo y descarbonizar los sectores difíciles de reducir sus emisiones con un costo adicional mínimo.
El futuro del hidrógeno verde
¿Cómo cree que evolucionarán de aquí a 2030 las tecnologías energéticas relacionadas con el hidrógeno? ¿Podemos prever la llegada de vehículos comerciales propulsados por hidrógeno?
Vemos la oportunidad de una rápida adopción del hidrógeno verde durante la próxima década allí donde ya existe demanda de hidrógeno: para descarbonizar la producción de amoníaco, hierro y otros productos básicos existentes. Muchos procesos industriales que utilizan hidrógeno pueden sustituir el hidrógeno gris por el verde o el azul, siempre que se fije un precio adecuado al CO2 o se establezcan otros mecanismos para descarbonizar esos sectores.
La situación es algo distinta para el transporte marítimo y la aviación. Los combustibles intercambiables, basados en hidrógeno verde pero esencialmente idénticos al combustible para aviones y al metanol producidos a partir del petróleo, pueden usarse en los aviones y barcos existentes con ajustes mínimos o ninguno. Sin embargo, esos combustibles contienen CO2, que debe capturarse de alguna fuente y añadirse al hidrógeno para volver a liberarse durante la combustión: esto reduce el problema de las emisiones de CO2, pero no lo resuelve. Los combustibles sintéticos pueden desplegarse antes de 2030 si existen los incentivos adecuados para justificar el costo adicional de reducir las emisiones, aunque no eliminarlas.
En los próximos años, los barcos podrán cambiar al amoníaco verde, un combustible producido a partir de hidrógeno verde y nitrógeno del aire que no contiene CO2. Sin embargo, será necesario invertir para sustituir motores y tanques, y actualmente el amoníaco verde es mucho más caro que el fueloil.
Los aviones propulsados por hidrógeno (o amoníaco) tardarán más en llegar. Serán esencialmente aviones nuevos que habrá que diseñar, construir y vender a las aerolíneas para sustituir los actuales aviones propulsados por combustible para reactores; claramente, esto no será viable para 2030. En este sentido, el combustible verde para aviones —producido combinando hidrógeno verde y bioenergía sostenible— es una solución que puede desplegarse a corto plazo.
En conclusión, las principales medidas para acelerar la descarbonización de aquí a 2030 son: 1) eficiencia energética; 2) electrificación con energías renovables; 3) aceleración rápida de la generación de energía renovable (que reducirá aún más el ya bajo costo de la electricidad renovable); 4) ampliación de la bioenergía sostenible y moderna, necesaria, entre otras cosas, para producir combustibles verdes que requieren CO2; y 5) descarbonización del hidrógeno gris mediante hidrógeno verde, lo que aumentaría la escala y reduciría el costo de la electrólisis, haciendo que el hidrógeno verde sea competitivo y esté listo para seguir ampliándose en la década de 2030, con miras a alcanzar cero emisiones netas en 2050.
El Foro Económico Mundial apoya desde hace mucho tiempo, desde 2017, la agenda del hidrógeno limpio. Entre otras cosas, ha contribuido a crear el Hydrogen Council, establecer un Desafío de Innovación del Hidrógeno en colaboración con Mission Innovation y crear, junto con la Comisión de Transiciones Energéticas, la plataforma Mission Possible para ayudar a que los sectores difíciles de descarbonizar alcancen cero emisiones netas en 2050. Más información sobre la Iniciativa para Acelerar el Hidrógeno Limpio aquí.
