El hidrógeno desempeña un papel fundamental en la transición hacia las emisiones netas cero. Debe escalar con urgencia para cumplir esa promesa.
Los gemelos digitales (representaciones virtuales de infraestructuras del mundo real) pueden ayudar a reducir el coste de la energía renovable para permitir la producción de más hidrógeno verde.
Reutilizar la base de activos energéticos, de varios billones de dólares, con la ayuda de los gemelos digitales también puede impulsar la producción de hidrógeno azul para satisfacer la creciente demanda.
El hidrógeno tiene un enorme potencial para ayudarnos a poner fin a nuestra dependencia de los combustibles fósiles y garantizar una transición exitosa hacia las emisiones netas cero para 2050. Cuando se utiliza como combustible, solo produce agua como subproducto, y puede ayudar a descarbonizar sectores de difícil reducción de emisiones que son complicados de electrificar, como el transporte de larga distancia.
El hidrógeno es una de las moléculas más comunes del universo. Sus moléculas (H2) se producen al dividir moléculas que contienen átomos de hidrógeno (H). Sin embargo, la forma en que se lleva a cabo este proceso determina su impacto ambiental:
• Hidrógeno gris es el tipo de hidrógeno más común que se produce actualmente. Se utiliza principalmente en las industrias de refinación y química para crear productos como fertilizantes y petróleo. El hidrógeno gris suele obtenerse mediante reformado de metano con vapor, proceso que separa los átomos de hidrógeno de los átomos de carbono del metano y emite dióxido de carbono.
• Hidrógeno azul se crea de la misma manera que el hidrógeno gris. Sin embargo, el dióxido de carbono producido en el proceso se captura mediante la tecnología de captura y almacenamiento de carbono y se almacena bajo tierra. El hidrógeno azul se está convirtiendo en una opción cada vez más viable a nivel mundial, ya que los precios de la captura y almacenamiento de carbono están bajando, lo que conduce a una adopción global cada vez mayor.
• Hidrógeno verde utiliza energía renovable y electrólisis para dividir el agua en hidrógeno y oxígeno.
Reutilizar la base de activos de combustibles fósiles, de varios billones de dólares
En la actualidad, existe una elevada demanda de hidrógeno azul mediante numerosos acuerdos de compra anticipada (offtake) entre productores y compradores de hidrógeno para vender hidrógeno que aún no se ha producido. La oferta de hidrógeno azul no está al ritmo de la demanda.
Afortunadamente, para superar este desafío, existe una enorme oportunidad de reutilizar la base de activos energéticos actual, de varios billones de dólares, que ya produce grandes cantidades de hidrógeno.
Tomemos como ejemplo las refinerías. La mayoría de las refinerías cuentan con reformadores de metano con vapor, que producen hidrógeno gris al combinar vapor a alta presión con metano para generar hidrógeno, monóxido de carbono y dióxido de carbono. En el futuro, podemos añadir a las refinerías la tecnología de captura y almacenamiento de carbono para capturar el dióxido de carbono, crear hidrógeno azul y suministrar a los sectores de difícil reducción de emisiones.
Otro ejemplo de reutilización de la infraestructura existente de petróleo y gas consiste en convertir las actuales plataformas marinas de petróleo y gas en centros de producción de hidrógeno que utilizan energía eólica marina, y transportar el hidrógeno a tierra a través de gasoductos. En los Países Bajos, por ejemplo, un consorcio está construyendo el primer proyecto de hidrógeno verde marino en una plataforma petrolera, alimentado íntegramente por energía eólica marina.
Los gemelos digitales pueden contribuir a esta reutilización de dos maneras. En primer lugar, la tecnología de gemelos digitales ayuda a prolongar la vida útil de la infraestructura de petróleo y gas al identificar las zonas de tensión, hasta el centímetro más próximo, en una estructura, para que los ingenieros las reparen de forma proactiva. Esto permite que los activos, como los reformadores de metano con vapor y las terminales de petróleo y gas, sigan operativos el tiempo suficiente para reutilizarse en la producción de hidrógeno azul, en lugar de desmantelarse y construir activos nuevos, lo que bloquearía las emisiones en el futuro.
En segundo lugar, reutilizar la base de activos envejecida para producir hidrógeno somete a la infraestructura a condiciones de funcionamiento distintas para las que fue diseñada. El software de gemelos digitales puede demostrar que las condiciones de funcionamiento que requiere la producción de hidrógeno son seguras. Por ejemplo, el software de gemelos digitales ya ha demostrado que puede reducir el tiempo de arranque de una refinería entre seis y doce horas. Esto será esencial en el futuro, ya que la forma económicamente más viable de transportar hidrógeno es en estado gaseoso y deberemos demostrar que los gasoductos existentes pueden transportarlo de forma segura.
Competitividad mediante la reducción del coste de la energía renovable
El hidrógeno verde también desempeñará un papel fundamental en la transición hacia las emisiones netas cero, y se prevé que crezca de forma exponencial en los próximos años. La India, por ejemplo, acaba de aprobar un paquete de subvenciones de 2400 millones de dólares para convertir a sus empresas en productores, consumidores y exportadores líderes de este gas.
Se requerirán enormes cantidades de energía renovable para producir suficiente hidrógeno verde y alcanzar las emisiones netas cero. La Agencia Internacional de la Energía ha calculado que necesitaremos 50 GW de capacidad renovable dedicada a la producción de hidrógeno verde para 2027, lo que supone un aumento de 100 veces. Además, el coste de esta energía renovable debe reducirse lo suficiente para que resulte competitiva.
Tomemos como ejemplo la energía eólica marina flotante, cuya tecnología tiene un enorme potencial de crecimiento. La energía eólica marina flotante puede producir una gran cantidad de electricidad, sin estar limitada por la profundidad del agua ni por la distancia a la costa. Sin embargo, el coste de la electricidad producida con esta tecnología es actualmente demasiado elevado para que resulte económicamente viable como fuente de energía renovable para el hidrógeno verde.
En este ámbito, los gemelos digitales pueden desempeñar un papel fundamental de cuatro maneras principales:
1. Reducir el coste inicial de los proyectos de energía eólica marina flotante, al ayudar a los ingenieros a diseñar estructuras más económicas y optimizadas.
2. Hacer que los proyectos sean inmediatamente financiables al reducir la incertidumbre.
3. Reducir los costes de mantenimiento al permitir a los ingenieros llevar a cabo un mantenimiento proactivo y predictivo.
4. Crear un ciclo de retroalimentación digital para reducir aún más los costes de la siguiente generación de proyectos.
Los gemelos digitales avanzados, por ejemplo, se utilizan para crear diseños superiores de cimentaciones de aerogeneradores marinos con hasta un 30 % menos de peso en acero, manteniendo el mismo rendimiento y, por tanto, haciendo que estas turbinas optimizadas sean considerablemente más baratas de construir.
Garantizar un futuro de emisiones netas cero mediante los gemelos digitales
Para alcanzar las emisiones netas cero para 2050, debemos activar todas las palancas disponibles. El hidrógeno es una de ellas, y los gemelos digitales de nueva generación son uno de los puntos de apoyo. Como afirmó célebremente Arquímedes: «Dadme un lugar donde apoyarme, una palanca lo bastante larga y un punto de apoyo, y podré mover la Tierra».
