El hidrógeno verde es una apuesta de un billón de dólares al futuro

La Unión Europea planea invertir 470 mil millones de euros en infraestructura para electrolizar y usar hidrógeno. Seguramente el hidrógeno será el futuro de la energía.

La forma como se quema el hidrógeno para generar calor es irremplazable donde el único escape que emite al ambiente es agua inocentemente limpia reemplazando a los combustibles fósiles y ayudando a frenar el calentamiento global.

Ciertamente tiene desventajas. Es el elemento más común del universo pero no aparece en su forma pura en la Tierra. Por lo tanto, debe separarse haciendo correr una corriente eléctrica a través del agua para separar los átomos de oxígeno e hidrógeno. Eso requiere energía, un proceso que encarece al hidrógeno verde en relación con los combustibles fósiles como el gas natural y el hidrógeno capturado de formas menos limpias. Aún sigue siendo difícil de transportar y almacenar, a menos que se combine con otros productos químicos y debe comprimirse a 700 veces la presión atmosférica o refrigerarse a menos 253 grados Celsius. Al hidrógeno también le gusta explotar.

La solución a largo plazo para frenar el calentamiento global sería electrificar todo, siempre que la electricidad provenga de fuentes renovables y es aquí donde radica el problema. Simplemente no podemos hacer funcionar todo con electricidad. Y nunca tendremos tanto sol y viento con la suficiente amplitud y confiabilidad para mantener las luces encendidas todo el tiempo y en todas partes.

Podemos electrolizar el hidrógeno siempre que tengamos exceso de sol o viento. Como especialistas predicen, lo almacenaremos en cavernas subterráneas masivas cerca de los nodos centrales de nuestras redes eléctricas, donde se puede encender con poca antelación durante las pausas en la generación de electricidad directa. El hidrógeno resulta ser la tecnología enchufable para hacer posible el proyecto global de electrificación y de descarbonización.

Podría ser el combustible que se recupere cuando las redes eléctricas limpias del futuro no puedan mantenerse al día.

Si las propuestas para construir una nueva industria que produzca el llamado hidrógeno verde tienen éxito, es posible que tengamos la última pieza del rompecabezas para evitar un cambio climático devastador. Es por eso que hay tanto entusiasmo como temor en torno a la serie de anuncios sobre hidrógeno de Europa, Australia y Chile en los últimos meses.

Una industria viable del hidrógeno verde podría impulsar la producción de acero, cemento y fertilizantes; camiones de combustible, trenes, barcos y aviones; y equilibrar las redes de energía eólica y solar, y en el proceso eliminar aproximadamente una cuarta parte de las emisiones de dióxido de carbono del mundo. Tal perspectiva ayudaría a descarbonizar partes de la economía que la energía eólica y solar no tienen capacidad para alcanzar su objetivo. También proporcionaría una nueva y potente fuente de demanda de electricidad sin carbono que alimenta las células del electrolizador, dividiendo el agua en oxígeno e hidrógeno verde.

Sin embargo, el futuro es incierto. En la actualidad, este hidrógeno electrolítico es apenas más que una industria artesanal. La mayoría de los separadores de agua se fabrican a mano y el 99% del hidrógeno industrial del mundo no es verde sino gris, producido a partir de gas o carbón con las emisiones de carbono correspondientes. El mayor productor de electrolizadores, la noruega Nel ASA (1), puede generar unos modestos 80 megavatios por año. Para poner al mundo en el camino hacia cero emisiones, necesitaremos instalar dos millones de megavatios.

El hecho de que una visión tan amplia se considere remotamente viable es un tributo a la forma en que las energías renovables y las baterías de iones de litio han transformado la industria energética durante la última década.

A mediados de la década de 2000, los economistas no creían que la energía eólica y solar pudiese competir económicamente con los combustibles fósiles hasta la década de 2030. Las cosas resultaron de manera muy diferente. Desde 2009, el costo de la energía solar no subsidiada en Estados Unidos ha caído un 90%. Los precios de las baterías se han desplomado un 87% durante el mismo período. El carbón ya se está retirando del sector energético y muchas de las compañías petroleras independientes más grandes del mundo creen que la demanda de petróleo está en su punto máximo para empezar a caer fuertemente en 2024.

El hidrógeno verde tiene la misión de lograr una disminución en su precio actual. Podríamos enfrentar un futuro determinado por la Ley de Wright, una hipótesis sobre la fabricación que data de los primeros años de la industria aeronáutica. Afirma que con cada duplicación de la producción acumulada, el costo de la tecnología tiende a caer en un porcentaje constante. Las fábricas mejoran en la búsqueda de eficiencias; el aumento de la demanda impulsa las economías de escala; y los volúmenes mayores animan a los proveedores a producir materias primas a un precio más bajo.

El porcentaje de disminución de costos, conocido como tasa de aprendizaje, parece explicar por qué las tecnologías renovables nacientes pueden volverse más económicas rápidamente. La tasa de aprendizaje de los módulos solares es de un 28,5%, lo que significa que un aumento de ocho veces en las instalaciones reducirá los costos en casi dos tercios. Esa caída de los precios desencadena una mayor demanda, fomentando más instalaciones solares y reduciendo los costos nuevamente en un círculo virtuoso. Las tecnologías fósiles no pueden competir con esa ventaja, porque su mayor costo suele ser el combustible en sí, donde los precios no muestran una tendencia a la baja de manera duradera.

Una pregunta interesante es saber si el hidrógeno verde seguirá el mismo camino que la energía solar, la energía eólica y las baterías y existen buenas razones para pensar que sí. Por un lado, casi la mitad del costo de una planta de hidrógeno verde provendría de los generadores renovables y las baterías que proporcionan energía al electrolizador, y ya tenemos buenos datos sobre las tasas de aprendizaje en el sector. La hipótesis de la tasa de aprendizaje se considera segura ahora, ya que hace 15 años atrás se veía con más dudas. El problema más importante puede ser que las reducciones de costos que dependen en gran medida de la precisión de las estimaciones sobre las tasas de aprendizaje y todavía hay una escasez de datos sólidos para producir ese análisis.

Las estimaciones de las instalaciones de electrolizadores oscilan entre 170 megavatios y 20 000 megavatios. En el primer caso, instalar 100.000 megavatios de divisores durante la próxima década implicaría diez duplicaciones de capacidad. A una tasa de aprendizaje del 18%, eso debería reducir los costos en casi un 90%, haciendo que los electrolizadores sean competitivos con cualquier alternativa basada en combustibles fósiles. En el último caso, solo veremos dos o tres duplicaciones, lo que es poco probable que sea suficiente. Las tasas de aprendizaje también muestran barras de error sustanciales. Una tecnología con una tasa de aprendizaje del 24%, en el extremo superior de las estimaciones del electrolizador, necesitará duplicar la capacidad solo cuatro o cinco veces para reducir los precios a la mitad. Con una tasa de aprendizaje del 12%, en el extremo inferior, debe aumentar las instalaciones 50 veces.

Esa incertidumbre podría generar resultados tremendamente diferentes. Si la capacidad existente es baja y las tasas de aprendizaje son altas, el hidrógeno verde puede revolucionar la energía tan dramáticamente como lo han hecho la eólica, la solar y las baterías. Si la capacidad existente es alta y las tasas de aprendizaje son bajas, los inversionistas podrían renunciar a la tecnología mucho antes de que pueda escalar, sin embargo todos tienen la mejor esperanza de que el hidrógeno verde cumpla su promesa.

El elemento más abundante del universo está teniendo un buen año. El hidrógeno limpio disfruta de un apoyo sin precedentes entre los líderes políticos mundiales, que lo ven como un medio para descarbonizar los rincones difíciles de abordar de la economía, al tiempo que genera empleos e inversiones posteriores a una pandemia. Desde Portugal hasta Chile, se están acumulando estrategias ambiciosas. Esas son buenas noticias, porque ninguna tecnología prometedora necesita tanta ayuda como esta.

Incluso si representará solo una cuarta parte de la demanda total de energía para mediados de siglo en el extremo superior de los pronósticos, el hidrógeno es el eslabón perdido en la transición de los combustibles fósiles. Este portador de energía versátil se puede utilizar para descarbonizar todo, desde la fabricación de acero hasta la aviación. Sin embargo, para cumplir con las expectativas y ayudar al mundo a cumplir los objetivos de cero emisiones, el costo del hidrógeno verde, a diferencia del tipo que se fabrica con combustibles fósiles, debe reducirse y más rápido que el de la energía eólica y solar. Eso significa ampliar las tecnologías y la infraestructura involucradas.

Es fundamental el apoyo de las políticas de los gobiernos a nivel mundial en esta realineación energética global para evitar la amenaza de un clima que se calienta rápidamente.

En ese sentido, 2020 ha sido alentador, con muchas cosas en marcha y con metas de cero neto en todas partes. El costo de los electrolizadores separadores de agua ha caído en un 40% entre 2014 y 2019 para los fabricados en América del Norte y Europa y aún más en China. El impulso también se está recuperando. En los diez meses hasta agosto, la consultora Wood Mackenzie (2) dice que la cartera de proyectos anunciada para el hidrógeno verde se expandió de 3,5 gigavatios a 15 gigavatios, y algunas previsiones son incluso más altas., aunque las cifras de la industria varían ampliamente. Los gobiernos también están redefiniendo los planes energéticos y el mapa de suministro global. Eurasia Group (3) estima que los países que representan aproximadamente la mitad del producto interno bruto mundial ahora tienen estrategias de hidrógeno creíbles. Ese número aumenta al 70% una vez que Estados Unidos, Canadá y Rusia finalicen sus planes.

No hay una respuesta sencilla. El desarrollo económico, la dotación de recursos y la geografía influyen en cualquier resultado y no se pueden superar todas las desventajas. Las cadenas de suministro locales a gran escala, como se ve en Europa, funcionarán mejor al principio. En gran parte del mundo, será necesario desplegar hidrógeno azul junto con el verde para lograr la escala requerida. Pero todo es más fácil con un plan coherente que cumpla al menos cuatro objetivos: aprovechar las ventajas existentes; fomentar la producción de hidrógeno verde con proyectos emblemáticos, incluido el financiamiento; apoyar el desarrollo de los recursos de transporte y almacenamiento; e impulsar la demanda.

La hoja de ruta de la Unión Europea, publicada en julio 2020, cumple con gran parte de este plan, donde los estados miembros respaldarán los 470 mil millones de euros de inversión que se estima para el hidrógeno renovable en 2050. El plan de Bruselas también menciona los llamados contratos de carbono por diferencia, un medio importante de cubrir la brecha de costos para los inversionistas entre la tecnología antigua y la nueva. El plan se basa en las ventajas actuales, como confiar en los clústeres industriales de Europa, fuentes de demanda y el foco de producción temprana, y la infraestructura de gas natural existente, en lugar de depender del transporte por carretera que es costoso para un gas de baja densidad que absorbe demasiado espacio. También estamos viendo los inicios de la estructuración y la regulación del mercado del hidrógeno.

Por último, Europa está vinculando socios estratégicos geopolíticamente, previendo 40 gigavatios de capacidad de electrolizador de vecinos, probablemente Marruecos al sur y Ucrania al este. Portugal apunta a hasta 2,5 gigavatios de capacidad de electrolizador para 2030, utilizando energía solar y energía eólica económica para cerrar su déficit energético y convertirse en un centro de exportación. Eso incluye incentivos a la producción, pero también apoyo al consumo, como incentivos fiscales para fomentar la sustitución, así como planes para mezclar hidrógeno en la red de gas para estimular la demanda.

Todavía hay muchas preguntas importantes, entre ellas el financiamiento. A nivel mundial se estima que la industria necesitará $ 150 mil millones en subsidios para 2030, y mucho más para la inversión en general. Portugal y España por sí solos requieren un total combinado de 14.800 millones de euros. Chile, que quiere producir parte del hidrógeno más barato a partir de electricidad renovable y convertirse en un exportador líder en la próxima década, hoy solo entrega 50 millones de dólares en fondos gubernamentales para su plan.

Muchas grandes economías, entre ellas China y Estados Unidos, aún tienen que esbozar planes granulares y de apoyo detallado.

El mundo está al borde de lo que puede llegar a ser su experimento energético más importante.



(1) Nel Asa: https://nelhydrogen.com/

(2) Wood Mackenzie: https://www.woodmac.com/

(3) Eurasia Group: https://www.eurasiagroup.net/




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