Se están realizando esfuerzos mundiales para ampliar la producción, el almacenamiento y el uso del hidrógeno como combustible limpio.
Pese a la aparición de marcos regulatorios, persisten los desafíos en torno a la intensidad de carbono del hidrógeno.
Se utilizaron datos recientes del Laboratorio Nacional de Energías Renovables para calcular la huella de carbono indicativa de la producción de hidrógeno verde.
El uso del hidrógeno como combustible limpio no es una idea nueva. En general, los esfuerzos anteriores por implantar una economía del hidrógeno no tuvieron éxito debido a la insuficiente madurez tecnológica, las dificultades económicas y la falta de marcos normativos de apoyo. Hoy, los equipos necesarios para producir, almacenar y utilizar hidrógeno están comercialmente disponibles, y se están intensificando los esfuerzos mundiales para producirlo a gran escala.
Además, marcos regulatorios como el Acuerdo de París y, más recientemente, el Pacto Verde Europeo, la Ley de Reducción de la Inflación (IRA) y la creación del Banco Europeo del Hidrógeno están convirtiendo rápidamente la industria del hidrógeno en una realidad. En particular, la IRA es un importante incentivo económico que ofrece subvenciones de hasta 3 dólares por kg de H2. Pese a los esfuerzos considerables, la industria del hidrógeno aún debe abordar numerosos desafíos técnicos, económicos y normativos. Uno de ellos gira en torno a la intensidad de carbono del hidrógeno y a la nomenclatura por colores.
Huella de carbono de las tecnologías energéticas
Aunque en las últimas dos décadas ha evolucionado la conciencia social sobre los combustibles fósiles y sus respectivas huellas de carbono, tendemos a olvidar que la generación de energía renovable no está totalmente libre de carbono. En general, las tecnologías de energía renovable tienen huellas de carbono significativamente menores que sus equivalentes basadas en combustibles fósiles; sin embargo, en ciertos casos, sus emisiones de carbono a lo largo de su vida útil pueden ser considerables.
La mayoría de estas emisiones procede de los procesos de fabricación, que hoy dependen en gran medida de la electricidad generada con combustibles fósiles o de diversas formas de carbono para procesar los componentes correspondientes. Por ejemplo, el acero utilizado en la mayoría de estas tecnologías es responsable de aproximadamente el 7-9 % de las emisiones mundiales de dióxido de carbono. Además, la producción de polisilicio depende del carbón para reducir la sílice y producir silicio de grado metalúrgico, con la intención de transformarlo posteriormente en paneles solares u otros productos semiconductores.
Otras fuentes importantes de emisiones de dióxido de carbono en la generación de energía renovable son el transporte de estas tecnologías desde el lugar de fabricación hasta el de instalación. Además, algunas tecnologías de energía renovable pueden requerir cimientos sólidos para su instalación u otras estructuras de hormigón; por ejemplo, los proyectos hidroeléctricos con embalses necesitan presas, aliviaderos y centrales eléctricas de hormigón.
Las elevadas huellas de carbono de la energía geotérmica suelen estar asociadas a la liberación de dióxido de carbono del subsuelo durante el funcionamiento de las plantas geotérmicas. Según el Banco Mundial, las emisiones medias de CO2 de la energía geotérmica son 122 g de CO2 por kWh, mientras que algunas plantas geotérmicas pueden liberar inicialmente hasta 1.200 g de CO2 por kWh, aunque se prevé que estas emisiones disminuyan con el tiempo.
El Laboratorio Nacional de Energías Renovables (NREL) de Colorado evaluó el ciclo de vida de las emisiones de gases de efecto invernadero de la generación de electricidad y concluyó que, si bien las emisiones de las fuentes de energía renovable y nuclear tienen una huella de dióxido de carbono significativamente menor que las de la generación basada en combustibles fósiles, algunas tecnologías de energía renovable pueden alcanzar niveles superiores a 200 g de CO2e por kWh (Figura 1).
Huella de carbono de la producción de hidrógeno según la fuente de energía
A partir de estos datos del NREL y suponiendo un consumo eléctrico del electrolizador de entre 48 y 58 kWh/kg de H2, se calculó la huella de carbono por kg de hidrógeno generado. Los cálculos no incluyen las emisiones del transporte del hidrógeno, su compresión ni su conversión posterior en derivados del hidrógeno. Tampoco se incluyeron las emisiones de la fabricación del electrolizador y otros equipos pertinentes, ni las de la instalación de las plantas de electrólisis. Por lo tanto, estas cifras podrían ser mayores.
Aunque la producción de hidrógeno con energía renovable o nuclear tiene una huella de carbono significativamente menor que la del hidrógeno producido con electricidad de combustibles fósiles, en algunos casos resulta difícil calificar de libre de carbono al hidrógeno renovable (Figura 2). La biomasa presenta un caso interesante: sus emisiones de dióxido de carbono varían desde 48 kg negativos hasta casi 76 kg de CO2e por kg de H2. Esto significa que el hidrógeno producido a partir de biomasa puede ser carbono negativo o tener una intensidad de carbono comparable a la de los combustibles fósiles.
Aunque el propósito de este artículo es ofrecer una evaluación y comparación de alto nivel de las emisiones de carbono del hidrógeno producido a partir de diversas fuentes, algunos lectores podrían cuestionar que primero utilicemos biomasa o combustibles fósiles para producir electricidad y luego la convirtamos en hidrógeno mediante electrólisis. Es probable que la gasificación o la producción de hidrógeno mediante reformado de metano con vapor tenga una huella menor que la presentada anteriormente. Por ese motivo, se compararon los valores de la huella de carbono del procesamiento para la generación química de hidrógeno incluidos en un estudio anterior del Rocky Mountain Institute.
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Mediante la colaboración entre cadenas de valor y regiones, el Centro facilita vías compartidas que ayudan a sus socios a ponerse de acuerdo en torno a soluciones prácticas para una transición segura, con bajas emisiones de carbono y equitativa.
Evolución de los sistemas de certificación
Continúan el debate y el desarrollo de la certificación del hidrógeno con bajas emisiones de carbono. La huella de carbono determina la clasificación del hidrógeno por colores. La intensidad de carbono varía según el sistema de certificación utilizado. Algunos países pueden tener sus propios sistemas de certificación, mientras que otros aún los están desarrollando. Además, organizaciones internacionales y entidades de certificación como TÜV Süd han creado sus propios marcos de certificación.
A la luz de las intensidades de carbono ilustradas en la Figura 2, ¿son razonables estos sistemas de certificación? La respuesta se encuentra en la Figura 3 y depende del caso. Si se toma el umbral mínimo de 1,0 kg de CO2e por kg de H2 establecido por Green Hydrogen Organisation, en el caso extremo mínimo todas las fuentes renovables y la energía nuclear pueden situarse por debajo del umbral de 1,0 kg de CO2e por kg de H2; sin embargo, en el caso extremo máximo ninguna tecnología puede cumplir este requisito. El umbral de emisiones de CO2 por kg de H2 más permisivo es el establecido por China Hydrogen Alliance. Incluso en el caso más extremo, el umbral de 4,9 kg de CO2e por kg de H2 todavía puede alcanzarse con la energía hidroeléctrica, eólica y oceánica.
Al desarrollar proyectos de hidrógeno, debemos tener presente que no basta con suponer que el hidrógeno producido a partir de energía renovable mediante electrólisis del agua siempre tendrá que clasificarse como verde o bajo en carbono; es necesario comprender la huella de carbono del hidrógeno en cada etapa de la cadena de valor. A medida que entre en funcionamiento más capacidad renovable, disminuirá la huella de carbono de la generación de energía renovable, pues se utilizará más energía renovable para extraer y procesar las materias primas de estas tecnologías. Lo mismo se aplica al transporte de equipos y a la instalación de capacidad de generación renovable.
Los sistemas de certificación del hidrógeno aún son relativamente inmaduros y no se han probado ampliamente en aplicaciones reales debido a la falta de proyectos disponibles. A medida que madure la industria del hidrógeno, estos sistemas de certificación evolucionarán para responder a las necesidades de productores, clientes y reguladores.
