El hidrógeno verde es cada vez más competitivo con la caída de los costes de las energías renovables


El mundo está recurriendo cada vez más al hidrógeno verde para llenar algunas de las piezas críticas que faltan en el rompecabezas de la energía limpia.

El plan climático del candidato presidencial estadounidense Joe Biden exige un programa de investigación para producir una forma limpia del gas que sea lo suficientemente barata para encender centrales eléctricas en una década. Asimismo, Japón, Corea del Sur, Australia, Nueva Zelanda y la Unión Europea han publicado hojas de ruta de hidrógeno basadas en ellas para acelerar la reducción de gases de efecto invernadero en los sectores eléctrico, transporte o industrial. Mientras tanto, cada vez más empresas en todo el mundo están construyendo plantas cada vez más grandes de hidrógeno verde o están explorando su potencial para producir acero, fabricar combustible de aviación climáticamente neutro o proporcionar una fuente de energía de respaldo para granjas de servidores.

La atracción es obvia: el hidrógeno, el elemento más abundante del universo, podría alimentar nuestros vehículos, alimentar nuestras plantas de electricidad y proporcionar una forma de almacenar energía renovable sin bombear el dióxido de carbono que impulsa el cambio climático u otros contaminantes (el único subproducto de los automóviles y camiones es el agua). Si bien los investigadores han pregonado la promesa de una "economía del hidrógeno" durante décadas, esto apenas ha afectado la demanda de combustibles fósiles, y casi todo se sigue produciendo mediante un proceso de contaminación del carbono que utiliza gas natural.

La gran visión de The Hydrogen Economy se ha visto frenada por el alto costo de crear una versión limpia, la inversión masiva en vehículos, maquinaria y tuberías que podrían requerirse para usarla y los avances en alternativas de almacenamiento de energía de la competencia, como las baterías.

Entonces, ¿qué está impulsando el interés renovado?

Por un lado, la economía está cambiando rápidamente. Podemos producir hidrógeno directamente simplemente dividiendo el agua en un proceso conocido como electrólisis, pero fue prohibitivamente costoso en gran parte porque consume mucha electricidad. Sin embargo, como el precio de la energía solar y eólica sigue cayendo rápidamente, esto se vuelve mucho más práctico.

Al mismo tiempo, cada vez más países confían en cómo cumplir sus objetivos de emisiones agresivos en los próximos años. Durante décadas, una forma verde de hidrógeno parece cobrar cada vez más importancia, dice Joan Ogden, directora del programa de Rutas de Energía de Transporte Sostenible de la Universidad de California en Davis. Es una herramienta flexible que podría ayudar a limpiar una serie de sectores en los que aún no tenemos soluciones asequibles y listas para usar, como la industria aeroespacial, el transporte marítimo, la producción de fertilizantes y el almacenamiento de energía a largo plazo para la red eléctrica.

Caída de los costos de las energías renovables

Actualmente, sin embargo, el hidrógeno limpio es demasiado caro en la mayoría de las situaciones. Un artículo reciente encontró que el uso de energía solar para alimentar los electrolizadores que dividen el agua puede ser seis veces mayor que el proceso de gas natural conocido como reformado con vapor de metano.

Hay muchos expertos en energía que afirman que el costo adicional y la complejidad de fabricar, almacenar y usar una versión limpia significa que nunca va más allá de los casos de uso marginal.

Pero la buena noticia es que la electricidad en sí misma es una gran parte del costo – más del 60% o más – y el costo de la energía renovable, a su vez, está cayendo rápidamente. Mientras tanto, se espera que el costo de los electrolizadores en sí disminuya drásticamente a medida que los fabricantes aumentan la producción y varios grupos de investigación desarrollan versiones avanzadas de la tecnología.

Un artículo de Nature Energy a principios del año pasado declaró que si las tendencias del mercado continúan a escala industrial, el hidrógeno verde podría ser económicamente competitivo en una década. Del mismo modo, la Agencia Internacional de Energía predice que el costo del hidrógeno limpio disminuirá en un 30% para 2030.

  La planta de hidrógeno verde H2H2FUTURE de Voestalpine en Linz, Austria.
Planta de hidrógeno verde H2FUTURE de Voestalpine en Linz, Austria.

VOESTALPINE

El hidrógeno verde ya puede ser casi asequible en algunos lugares donde los períodos de producción excesiva de energía renovable reducen los costos de electricidad a casi cero. En una nota de investigación el mes pasado, los analistas de Morgan Stanley escribieron que la ubicación de instalaciones de hidrógeno verde junto a grandes parques eólicos en el Medio Oeste de Estados Unidos y Texas podría hacer que los costos de combustible sean competitivos en dos años.

Un estudio realizado en junio por el Laboratorio Nacional de Energía Renovable de EE. UU. Descubrió que podría estar más cerca de mediados de siglo antes de que el hidrógeno se convierta en la tecnología más rentable para el almacenamiento en la red a largo plazo. Dado que las energías renovables fluctuantes como el sol y el viento se están convirtiendo en la fuente dominante de electricidad, los proveedores de energía deben almacenar suficiente energía para operar la red de manera confiable no solo durante unas pocas horas, sino durante días e incluso semanas en ciertos meses cuando estos recursos están disminuyendo.

El hidrógeno brilla en este escenario en comparación con otras tecnologías de almacenamiento porque agregar capacidad es relativamente barato, dice Joshua Eichman, ingeniero jefe de investigación en el laboratorio y coautor del estudio. Para aumentar la cantidad de tiempo que las baterías pueden entregar energía de manera confiable, debe apilar más y más y multiplicar el costo de cada componente costoso en ellas. Con hidrógeno, solo tendrías que construir un tanque más grande o usar una cueva subterránea más profunda, dice.

Uso de hidrógeno

Para que el hidrógeno reemplace completamente los combustibles que emiten carbono, tendríamos que revisar nuestra infraestructura para distribuirla, almacenarla y usarla. Tendríamos que producir vehículos y barcos con pilas de combustible que conviertan el hidrógeno en electricidad, así como estaciones de servicio a lo largo de puertos y carreteras. Y tendríamos que apilar celdas de combustible o construir o actualizar plantas de energía para usar el combustible para alimentar directamente la red.

Todo esto costará mucho tiempo y dinero.

Pero hay otro escenario que elude, o retrasa, gran parte de esta revisión de la infraestructura. Una vez que tiene hidrógeno, es relativamente fácil combinarlo con monóxido de carbono para hacer versiones sintéticas de los combustibles que ya alimentan nuestros automóviles, camiones, barcos y aviones. El proceso industrial para esto tiene un siglo y ha sido utilizado en varias ocasiones por las naciones petroleras para producir combustibles a partir de carbón o gas natural.

  Planta piloto para la captación directa de aire
La planta piloto de Carbon Engineering en Squamish, Gran Bretaña Columbia.

CARBON ENGINEERING

Carbon Engineering, con sede en Squamish, Columbia Británica, desarrolla sistemas para la separación de dióxido de carbono del aire. La compañía planea combinarlo con hidrógeno libre de carbono para fabricar combustibles sintéticos. La idea es que el combustible sea neutro en carbono y no emita más dióxido de carbono del que se eliminó o produjo en el proceso.

En una presentación en una conferencia del Codex a fines del año pasado, el fundador de Carbon Engineering y profesor de Harvard, David Keith, dijo que la caída de los precios de la energía solar debería permitirles "aire-combustible" aproximadamente a mediados de la década de 2020 Llevar $ 1 por litro (alrededor de $ 4 por galón) al mercado, y que el precio seguirá cayendo a partir de ahí.

"La más importante. La noticia aquí es que esto pronto podría hacerse con hardware estándar", dijo. "Creo que poco después de 2030 podría obtener alrededor de un millón de barriles de capacidad de hidrocarburos sintéticos del aire al combustible por día, y después de eso no hay un límite de escala obvio". que puede llenar los tanques de cualquiera de nuestras máquinas. “Se trata de una vía de energía para … resolver el problema de la intermitencia y tratarlo para que pueda satisfacer la alta densidad de necesidades de energía en todo el mundo. te permite volar aviones sobre el Atlántico norte ”, dijo Keith.

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