Una nueva estrella ha vuelto a la escena climática: el hidrógeno. Ofrece posibilidades de alejarse de los combustibles fósiles, pero trae sus propios desafíos

• Sonja van Renssen 

Los escenarios de emisiones netas cero de la Comisión para 2050. En teoría, puede hacer tres cosas: almacenar el excedente de energía renovable cuando la red no pueda absorberlo, ayudar a descarbonizar sectores difíciles de electrificar, como el transporte de larga distancia y la industria pesada, y sustituir los combustibles fósiles como materia prima de carbono cero en la producción de productos químicos y combustibles.

El hidrógeno fue utilizado originalmente por los nazis para producir combustibles sintéticos a partir del carbón. Hoy en día, vuelve a estar de moda. La Agencia Internacional de la Energía alabó su "vasto potencial" en un primer informe sobre el hidrógeno en junio de 2019. Bloomberg New Energy Finance dijo que el hidrógeno limpio "puede ayudar a abordar el tercio más difícil de las emisiones mundiales de gases de efecto invernadero para 2050" en marzo de 2020.

"Europa es el laboratorio. La consideramos el lugar donde la tecnología y, sobre todo, la política pueden ponerse a prueba y allanar el camino para la implantación mundial".

Emmanouil Kakaras, responsable de nuevos negocios en Mitsubishi Power Europe

La economía del hidrógeno es una de las prioridades del paquete de recuperación económica de la UE posterior a la crisis de 19 años ; este paquete se rige por el Pacto Verde Europeo, que compromete a Europa a convertirse en el primer continente neutro desde el punto de vista climático para 2050. Es difícil exagerar la diferencia con el objetivo anterior de Europa, una reducción de emisiones del 80-95% para 2050. La neutralidad exige la eliminación total de los combustibles fósiles. Esto hace que el

"Si Europa adopta un objetivo de reducción de emisiones del 55% para 2030, Alemania tendría que reducir sus emisiones de calefacción a la mitad. Eso es imposible con tasas de renovación realistas y sólo con electricidad. Habrá que descarbonizar el gas para la calefacción".

Eva Hennig, responsable de la política energética de la UE

El hidrógeno es un salvavidas para regiones como el norte de los Países Bajos, con una experiencia e infraestructura que busca un nuevo propósito a medida que los terremotos y el cambio climático hacen que el gas natural pase de ser una bendición a una perdición.

Sin embargo, la comunidad climática se muestra cauta.

"El riesgo es que el bombo [del hidrógeno] provoque una inversión de las prioridades. La eficiencia energética, las energías renovables y la electrificación directa son las principales soluciones [al cambio climático]. El hidrógeno se sitúa en torno a ellas. El hidrógeno es esencial para llegar a la neutralidad en ciertos sectores como la industria, pero estamos hablando del último 20% de la reducción de emisiones."

Dries Acke, director del programa de energía de la Fundación Europea del Clima,

Además, el impacto climático del hidrógeno depende totalmente de cómo se fabrique. "Existe el riesgo de que las políticas se antepongan a las definiciones", continúa Acke. Advierte que esto podría hacer que el hidrógeno siguiera el camino de los biocombustibles, que han sufrido las políticas de start-stop debido al intenso debate sobre su impacto neto en el cambio climático. "El hidrógeno no es una tecnología, sino un vector energético que puede producirse de forma limpia o sucia", afirma.

Hoy se habla de tres tipos principales de hidrógeno. En primer lugar, el hidrógeno "gris". La mayor parte del hidrógeno que se utiliza -y hay mucho, sobre todo en la industria- se fabrica a partir de gas natural. El proceso emite CO2. En segundo lugar, el hidrógeno "azul", o como le gusta llamarlo a la industria del gas, "descarbonizado", se fabrica a partir de gas natural con captura y almacenamiento de carbono (CCS) (véase el recuadro 1). Por último, el hidrógeno "verde" o "renovable" -que según todos los defensores del hidrógeno es el objetivo final- se fabrica a partir de la electrólisis del agua alimentada por energías renovables.

Hay otros colores. El principal en el horizonte es el hidrógeno "turquesa" obtenido por pirólisis de metales fundidos. Se trata del craqueo térmico del gas natural en hidrógeno y carbono sólido. Su atractivo es doble: por un lado, no requiere CCSy, por otro, en lugar de CO2 produce un material que lleva años en la lista de materias primas críticas de la UE (como el "grafito natural"). Grandes empresas como la rusa Gazprom y la alemana BASF lo están estudiando, pero es una tecnología que aún está en pañales.

Cómo hacer que el negocio funcione

Para algunos, como Samuele Furfari, profesor de geopolítica energética en la Universidad Libre de Bruselas (Bélgica), el hidrógeno de cualquier color tiene poco sentido. Tiene mucho más sentido utilizar directamente los combustibles fósiles o la electricidad. "Cada paso [de conversión] es un desperdicio de energía", afirma. "Los procesos son técnicamente viables, pero son un sinsentido desde el punto de vista energético y económico. El hidrógeno ha resurgido porque necesitamos una solución a la intermitencia de las renovables".

Ad van Wijk, profesor de sistemas energéticos del futuro en la Universidad Tecnológica de Delft (Países Bajos) y padre fundador del concepto de economía del hidrógeno, replica que la eficiencia ya no es la referencia: "Un panel solar en el Sáhara genera 2-3 veces más energía que uno en Holanda. Si conviertes esa energía en hidrógeno, la transportas hasta aquí y la vuelves a convertir en energía mediante una pila de combustible, te quedas con más energía que si instalas ese panel solar en un tejado holandés. En un sistema energético sostenible, se calcula en términos de costes del sistema, no de eficiencia".

resume van Wijk: "incluso si toda la producción y el consumo fueran eléctricos, más de la mitad de esa energía tendría que convertirse en hidrógeno para su transporte y almacenamiento [rentable]". Los cables eléctricos pueden transportar hasta 1-2 GW, pero el gasoducto medio puede transportar 20 GW (y es 10-20 veces más barato de construir). El reto es convertir los gasoductos existentes de gas natural a hidrógeno, dice van Wijk..

Sin embargo, el hidrógeno limpio se enfrenta a una paradoja en su caso de negocio. Los volúmenes potenciales están en la industria, mientras que los márgenes de beneficio potenciales están en el transporte. Las industrias de alto consumo energético son las mayores consumidoras de hidrógeno en la actualidad. Dado que Europa aspira a la neutralidad climática en 2050, existe un creciente interés por el hidrógeno limpio en sectores como el siderúrgico y el químico (más de la mitad de todo el hidrógeno del mundo se utiliza en la producción de fertilizantes y el refinado de petróleo). Sin embargo, se trata de industrias extremadamente sensibles a los precios y expuestas a la competencia mundial. Las empresas no están dispuestas a pagar varias veces el precio "gris" por una alternativa respetuosa con el clima.

"La industria pesada está presionando para introducir el hidrógeno verde en el transporte por carretera, de modo que los propietarios de vehículos privados asuman parte de los primeros costes. Pero creemos que será un recurso escaso y tiene más sentido hacer crecer la demanda en sectores como la industria pesada, donde no hay alternativa de descarbonización".

hilipp Niessen, director de Industria e Innovación de la ECF.

"Hay un impulso para un compromiso político en torno al acero", añade Niessen. La industria siderúrgica europea sufre el envejecimiento de sus activos, el exceso de capacidad y la competencia china. "El apoyo público al acero limpio podría ayudar a la industria europea a reconstruir sus activos, primero para funcionar con gas y, a partir de mediados de la década de 2030, con hidrógeno limpio". Hasta ahora, la producción de acero sigue basándose en el carbón.

Pocos creen que los coches privados vayan a funcionar con hidrógeno en el futuro. Se espera que sean eléctricos. En cambio, los camiones son el campo de batalla. Fabricantes de camiones como Volvo y Daimler y gigantes de la logística como Deutsche Post DHL y Schenker afirmaron en una conferencia celebrada en Bruselas en febrero de 2020 que, para ellos, el futuro del transporte de mercancías es eléctrico y, en el caso de los trayectos largos, eléctrico más hidrógeno. La ventaja de los camiones eléctricos es que ya están disponibles hoy en día, dijeron. Por el contrario, los proveedores de petróleo y gas sostienen que el camino a seguir son los "combustibles líquidos bajos en carbono", es decir, cada vez más, los combustibles sintéticos o los "e-combustibles" fabricados a partir de hidrógeno renovable.

En la práctica, la Comisión está estudiando la posibilidad de ordenar a los Estados miembros de la UE el despliegue de una infraestructura de carga eléctrica para camiones y cuotas de mezcla de combustibles sostenibles en la aviación y el transporte marítimo. Las partes interesadas coinciden en que los e-combustibles son esenciales para descarbonizar los aviones y los barcos a largo plazo. Junto con la industria pesada, las emisiones de estos dos sectores son las más difíciles y costosas de reducir.

Hidrógeno azul: un peldaño controvertido

El hidrógeno azul revive la historia de la captura y el almacenamiento (CCS). Se trata de la producción de hidrógeno "descarbonizado" aplicando la CCS a la ruta tradicional de fabricación de hidrógeno mediante el reformado de metano con vapor. La Comisión Europea califica la CCSde "tecnología innovadora prioritaria" en su "Green Deal" y le promete nuevos fondos en su paquete de recuperación COVID-19.

La gran diferencia con el pasado -los responsables políticos de Europa ya han invertido miles de millones en esta tecnología, con poco que mostrar- es la nueva narrativa de la economía del hidrógeno, un cambio de enfoque del sector energético a la industria, y proyectos que parten de la perspectiva del transporte y el almacenamiento en lugar de la captura de carbono. El concepto ha pasado de la CCSde postcombustión a la de precombustión. Esto significa que el caso de negocio ya no depende enteramente del precio del carbono de la UE -nunca lo suficientemente alto- sino también del valor del hidrógeno azul que produce.

camino hacia los combustibles limpios aprovechando sus actuales instalaciones de producción, transporte y almacenamiento de gas. "Lo que estamos arriesgando [con la CCS] es una rápida descarbonización del gas", bromeó Per Sandberg, del gigante noruego del petróleo y el gas Equinor, en un evento sobre CCS celebrado en el Parlamento Europeo en Bruselas en enero de 2020.

Muchos sostienen que el hidrógeno azul es esencial para crear un mercado para lo que finalmente será el hidrógeno verde. Sin embargo, la comunidad climática está dividida. Desde el punto de vista climático, el problema del hidrógeno azul es que depende de la CCS y del gas natural. En primer lugar, la CCS comercialmente viable sigue siendo una aspiración más que una realidad, y en segundo lugar, la captura de carbono nunca puede ser 100% eficiente. Al mismo tiempo, existe una gran incertidumbre sobre el impacto climático de las fugas de metano en las fases iniciales.

El metano es el contaminante climático de corta duración más importante. Las emisiones de metano en 2020 causarán la mitad del calentamiento global en los próximos 20 años, según la ONG estadounidense Environmental Defense Fund. La industria del petróleo y el gas es la segunda fuente de emisiones de metano después de la agricultura y la más fácil de abordar. La Agencia Internacional de la Energía calcula que el 40% de las emisiones de la industria podrían evitarse sin ningún coste neto.

La UE está trabajando en una estrategia sobre el metano. La reducción de las emisiones de metano podría desempeñar un "papel muy importante" para poder aumentar sus ambiciones climáticas para 2030, dijo un funcionario de la UE en noviembre de 2019. "La credibilidad del gas está en juego", dijo Mónika Zsigri, del departamento de energía de la Comisión. "La fuga de metano determina lo interesante que es el gas frente al salto directo a las renovables". También determina lo interesante que es el hidrógeno azul frente al verde.Mostrar másde este cuadro

Depende de la política

La aparición de una economía limpia del hidrógeno depende de la regulación (véase la figura 1). "El mayor reto es conseguir las políticas adecuadas", dice van Wijk. "Tenemos que crear una infraestructura de hidrógeno. Es una tarea enorme que necesita apoyo político". La primera estrategia europea del hidrógeno, publicada en julio de 2020 , pretende apoyar el objetivo más amplio de la "integración del sector". En un principio, esto significaba utilizar la energía libre de carbono para ayudar a descarbonizar otros sectores, como el transporte y la industria. Pero se ha convertido en una apuesta más amplia para delimitar los papeles de la electricidad y las "moléculas" en el futuro sistema energético.

La nueva estrategia industrial de la UE de marzo de 2020 considera que la descarbonización de la industria es una "prioridad absoluta". "La industria tiene algunos de los activos más longevos", explica Matthias Deutsch, asociado principal y experto en hidrógeno de Agora Energiewende, un grupo de reflexión alemán dedicado a la transición energética. "Las plantas de producción pueden funcionar durante 30-40 años. Eso significa que habrá inversiones en esta década que determinarán la huella climática de las industrias en 2050. Tenemos que darles una perspectiva a largo plazo".

Hay otra dimensión industrial: Europa es el líder mundial en tecnología de electrólisis. En los últimos 10-15 años ha presentado el doble de patentes y publicaciones que sus competidores más cercanos -Estados Unidos, China y Japón-. "Los electrolizadores se convertirán en una de esas tecnologías críticas como la solar, la eólica y las baterías", dice Acke. "Europa tiene una ventaja competitiva y puede mantenerla". Sin embargo, hay quienes ya advierten de la fuerte competencia de China.

La economía verde del hidrógeno necesita un apoyo a medida. "La política de la UE intenta repetir el éxito de las energías renovables", dice Kakaras. "Pero hay una gran diferencia: a diferencia de la solar y la eólica, la producción de hidrógeno verde se rige por los gastos operativos, no por los de capital. El 80% del coste depende del precio de la electricidad". Las subvenciones para promover el despliegue a gran escala podrían reducir el coste de los electrolizadores, pero esto no hará necesariamente más barata la producción de hidrógeno verde.

Kakaras explica: "Se necesita un precio de la electricidad lo suficientemente caro para que la energía renovable sea viable y lo suficientemente bajo para que el hidrógeno producido a partir de ella sea competitivo con el gas". En la práctica, no es posible hacer ambas cosas, añade. "Los responsables políticos tienen que salvar la distancia entre el precio del combustible sin carbono y el precio del gas". En la práctica, las partes interesadas están convergiendo en la idea de los Contratos por Diferencia para el hidrógeno verde.

Eurogas, que representa a la industria europea del gas, quiere que los responsables políticos fijen objetivos para el gas renovable y descarbonizado y dejen que el mercado decida qué es lo que mejor funciona para diversos usos finales. Otras partes interesadas, como Agora Energiewende y ECF, creen que el apoyo al hidrógeno debe reflejar la necesidad de dar prioridad a sectores específicos. Al fin y al cabo, debe seguir siendo un complemento de la eficiencia energética, las energías renovables y la electrificación directa.

Una de las cuestiones más controvertidas es el uso del hidrógeno en la calefacción residencial. Según Hennig, "aunque sólo se mezcle un 20% de hidrógeno -y se reduzca el CO2 en sólo un 6,5% como resultado- es mejor que nada. Sobre todo si es posible sin adaptar los aparatos del usuario final". Sostiene que la mezcla de hidrógeno en las redes de gas es esencial para ayudar a aumentar la producción de hidrógeno limpio y su transporte. Los defensores del clima responden que, en su lugar, las casas deberían cambiar a bombas de calor más eficientes y a la calefacción urbana. Extender el hidrógeno a la calefacción supone el riesgo de "sobredimensionar" la infraestructura energética europea.

Las energías renovables cambian las reglas del juego

El mayor reto del hidrógeno verde es que requerirá grandes cantidades de energía renovable. La AIE calcula que para satisfacer la demanda actual de hidrógeno mediante la electrólisis del agua se necesitarían 3.600 TWh al año, es decir, más que toda la producción anual de electricidad de la UE2. Imaginemos que su uso se amplía de materia prima industrial a portador de energía en la industria, el transporte, la calefacción y la producción de electricidad.

Las partes interesadas están de acuerdo en que Europa nunca podrá producir suficiente energía renovable para hacer funcionar una economía de hidrógeno autosuficiente. La Comisión parte de la base de que hay margen para 1.000 GW de energía eólica marina en el Mar del Norte, la mitad de ellos dedicados a la electrólisis1. Pero un estudio de Agora Energiewende también advierte que el número de turbinas eólicas marinas previstas en la sección alemana del Mar del Norte después de 2030 corre el riesgo de reducir sus horas de carga completa de 4.000-5.000 a sólo 3.000.

Desde otra perspectiva, el hidrógeno se ve cada vez más como una forma de llevar la energía eólica a la costa y aliviar la presión sobre una red terrestre ya sobrecargada. Algunas empresas están estudiando la posibilidad de construir electrolizadores directamente en el cuerpo de las turbinas eólicas. El hidrógeno verde da a las energías renovables un argumento comercial cuando el sistema eléctrico por sí solo no puede. "La conversión al hidrógeno es una especie de cobertura para el inversor en energías renovables", dice Kakaras.

En realidad, la economía del hidrógeno es un proyecto internacional. La cooperación transfronteriza puede garantizar que los parques eólicos del Mar del Norte tengan suficiente espacio. La escala y la economía dictan que Europa probablemente importará hidrógeno verde del norte de África y Oriente Medio, y e-combustibles de lugares tan lejanos como Australia y Chile.

Uno de los mayores interrogantes es si el hidrógeno verde puede estar listo lo suficientemente rápido como para marcar la diferencia en el cambio climático. Niessen afirma: "Vivimos con la limitación de los presupuestos de carbono. Los electrolizadores no son microchips. Por supuesto, los costes bajarán significativamente, pero ¿bajarán lo suficientemente rápido como para cumplir los objetivos climáticos de París?"

Muchos creen que el hidrógeno azul -con las debidas salvaguardias climáticas- tiene un papel de transición. Podría ayudar a poner en marcha diferentes usos sectoriales y reducir los precios mediante economías de escala. "El hidrógeno azul podría ayudar a acelerar la transformación industrial", afirma Deutsch. "La preocupación es que si se dispone de una gran cantidad de este hidrógeno bajo en carbono, puede que no se limite a los sectores que realmente lo necesitan". En la actualidad, el hidrógeno gris cuesta alrededor de 1,50 euros por kg-1, el azul entre 2 y 3 euros por kg-1 y el verde entre 3,50 y 6 euros por kg-1. Los consultores estiman que un precio de 50-60 euros por tonelada de carbono podría hacer que el hidrógeno azul fuera competitivo en Europa10.

"En mi opinión, conseguimos que el sistema se mueva", dice van Wijk. "A medida que la demanda de hidrógeno crezca y el hidrógeno verde se abarate, complementará y sustituirá a este hidrógeno de origen fósil". Japón, que invirtió en hidrógeno mucho antes de que la neutralidad climática estuviera en la agenda, está trabajando con su principal proveedor, Australia, para hacer la transición del gris al azul y al verde. "El hidrógeno verde acabará siendo más barato que el gris, porque la energía eólica y solar es muy barata", dice van Wijk. "Ese es el cambio de juego".

"Si la descarbonización profunda está en la agenda de la sociedad, el hidrógeno llegará", cree Kakaras. No se trata de las leyes de la termodinámica, sino de si la sociedad está dispuesta a pagar por la neutralidad climática. El documental de Michael Moore El planeta de los humanos sugiere que "menos es más" es la única respuesta a largo plazo al cambio climático. Pero los cierres de COVID-19 demostraron lo grande que es esta petición: las emisiones se redujeron drásticamente pero hicieron poco por el cambio climático".

Sin embargo, existe una oportunidad. Como dice Furfari: "el Green Deal fue una oportunidad para que los políticos gastaran dinero público. La crisis de COVID-19 les da licencia para gastar todo lo que quieran".

Referencias:

1. A Clean Planet for all: A European Long-term Strategic Vision for a Prosperous, Modern, Competitive and Climate Neutral Economy (European Commission, 2018).
2. The Future of Hydrogen (IEA, 2019).
3. Hydrogen Economy Outlook: Key Messages (Bloomberg L.P., 2020).
4. Europe’s moment: repair and prepare for the next generation. European Commission https://bit.ly/31vlPNz (2020).
5. A European Green Deal. European Commission https://bit.ly/3fCJIYL (2020).
6. A Hydrogen Strategy for a Climate-neutral Europe (European Commission, 2020).
7. Biebuyck, B. FCH-JU making hydrogen and fuel cells an everyday reality. Fuel Cells and Hydrogen Joint Undertaking https://bit.ly/3kgTJOE (2019).
8. Towards Fossil-Free Energy In 2050 (European Climate Foundation, 2019).
9. Making the Most of Offshore Winds: Re-evaluating the Potential of Offshore Wind in the German North Sea (Agora Energiewende, Agora Verkehrswende, Technical University of Denmark and Max-Planck-Institute for Biogeochemistry, 2020).
10. Peters, D. et al. Gas Decarbonisation Pathways 2020–2050: Gas for Climate (Guidehouse, 2020).
11. Le Quéré, C. et al. Nat. Clim. Change 10, 647–653 (2020).Article Google Scholar 
12. Methane Tracker 2020 (IEA, 2020).

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