El papel adecuado del hidrógeno en la transición energética

Hidrógeno estratégico: La eficiencia por encima de la ideología

El hidrógeno no es una bala de plata, y tratarlo como si lo fuera podría hacer perder un tiempo y unos recursos preciosos.

Aunque el hidrógeno desempeña un papel fundamental en la descarbonización de sectores como la siderurgia, el transporte marítimo y la aviación, no es eficiente ni necesario para todas las aplicaciones. Utilizar hidrógeno cuando existen alternativas mejores, como la electrificación directa de coches o edificios, corre el riesgo de ralentizar la transición e inflar los costes. Como cualquier herramienta, el hidrógeno funciona mejor cuando se utiliza con precisión. El reto consiste ahora en dejar a un lado las exageraciones y utilizarlo donde tenga más sentido desde el punto de vista técnico, económico y medioambiental.

Este artículo pretende arrojar luz sobre estos aspectos, contribuyendo a desmitificar un tema que con demasiada frecuencia suscita posturas dogmáticas en lugar de un diálogo pragmático.

Aumento de la demanda de hidrógeno

A medida que se aceleran los objetivos de descarbonización, aumenta notablemente el interés inversor en las aplicaciones del hidrógeno, aunque muchos proyectos se encuentran aún en fases tempranas y su éxito dependerá de casos de uso específicos y escalables. En 2024, la inversión mundial en hidrógeno verde se estimó en unos 8.000 millones de dólares, y los analistas de mercado prevén un crecimiento sustancial hasta 2030. Los principales inversores están comprometiendo capital a gran escala, como el fondo de infraestructuras Hy24, de 2.000 millones de dólares, que apoya proyectos avanzados de hidrógeno verde en Europa y Asia.

Nuestro último artículo sobre los colores del hidrógeno abordó brevemente los actuales sectores de implantación del hidrógeno, pero ¿cuál es su distribución y cómo evolucionarán las cifras relacionadas?

Predicciones sobre la demanda de hidrógeno según la Perspectiva Energética Mundial 2023 de McKinsey & Company

Expansión y diversificación de las explotaciones de hidrógeno

En la actualidad, aproximadamente el 95% de la demanda de hidrógeno procede de sectores industriales como la fabricación de fertilizantes, la desulfuración y el hidrocraqueo para desarrollar combustibles más limpios o el uso del hidrógeno como materia prima para ^plásticos2. El 5% restante se concentra en los ámbitos de la producción de energía (pilas de combustible de hidrógeno, almacenamiento de energía⁾³, la aeronáutica y los vuelos espaciales (propulsión de cohetes⁾⁴ y usos emergentes como el transporte limpio (camiones, autobuses) o la mezcla de hidrógeno en las ^redes de gas5.

Se prevé que el panorama de la utilización del hidrógeno se diversifique considerablemente. Según el informe 2023 Global Energy Perspective de McKinsey&Company, la distribución futura puede parecerse a la siguiente

• 50-60% para aplicaciones industriales: mayor producción de amoníaco, metanol y acero, crecimiento de los procesos con bajas emisiones de carbono.

• 15-20% para el transporte: desarrollo de vehículos de pila de combustible (especialmente transporte marítimo y pesado).

• 20-25% para generación y almacenamiento de energía: generación de electricidad, equilibrio de la red, almacenamiento de energía a largo plazo.

• 5-10% Construcción y calefacción: crecimiento de las aplicaciones de calefacción residencial y comercial.

Estas cifras ilustran el atractivo del hidrógeno para diversas industrias. Sin embargo, es crucial determinar dónde y por qué el hidrógeno ofrece más valor, y dónde no.

El hidrógeno líquido ya alimentó el programa Apolo de la NASA, ¡las misiones que enviaron seres humanos a la luna hace más de medio siglo!

Sectores preparados para el despliegue del hidrógeno

• Industria pesada

Producir acero, hierro, productos químicos o cemento es esencial para nuestro modo de vida moderno. Sin embargo, la industria pesada es responsable de casi el 40% de las emisiones mundiales_de ^CO26. Esto se debe principalmente al elevado calor (1.400-1.700°C⁾⁷ necesario para convertir los materiales en acero o cemento, o al carbón, petróleo y gases naturales utilizados como materia prima para la producción de productos químicos.

El hidrógeno producido a partir de energías renovables podría ser una pieza clave en la descarbonización de la industria pesada al servir como agente reductor eficiente y limpio en la producción de hierro. El proceso emitiría vapor de agua en lugar de_CO2. A modo de ejemplo, la iniciativa HYBRIT almacena ¹⁰⁰ m3 de gas hidrógeno verde para producir hierro y acero sin combustibles fósiles a escala industrial, con el objetivo de reducir las emisiones de dióxido de carbono de Suecia y Finlandia en un 10% y un 7%, respectivamente. Esto podría reducir los costes de explotación de la producción de hidrógeno hasta en un 40%.

Durante el proceso Haber-Bosch, el hidrógeno reacciona con el nitrógeno para formar amoníaco (_NH3), un componente fundamental para los fertilizantes. Actualmente, el hidrógeno gris derivado del gas natural o del carbón es el principal tipo de hidrógeno utilizado en este proceso. El cambio a una forma más limpia de hidrógeno en el proceso de producción de amoníaco podría reducir significativamente sus emisiones de_CO2. El uso de hidrógeno azul podría reducir estas emisiones hasta un 80%, y el de hidrógeno verde, hasta un 90%.

El proyecto First Ammonia de Texas (EE.UU.) está escalando un electrolizador de 100 MW para impulsar la producción de hidrógeno verde y suministrar unas 300 toneladas de amoníaco verde al día.

Instalación de almacenamiento de hidrógeno Hybrit

• Transporte pesado

Al permitir un repostaje más rápido, una carga útil optimizada y una mayor autonomía, el hidrógeno podría ayudar a resolver varios retos a los que se enfrentan los transportes de larga distancia. Los vehículos pesados están cambiando progresivamente hacia los vehículos eléctricos de batería (BEV).

Aun así, la electrificación por sí sola no permitirá la descarbonización total del transporte pesado. Por ejemplo, los camiones de largo recorrido que necesitan baterías de 1-2MWh suelen tardar varias horas en cargarse por completo, lo que aumenta la duración de los viajes hasta un 35%. El uso de pilas de combustible de hidrógeno o motores de combustión podría reducir el tiempo de carga a 10-15 minutos.

La Solar Impulse Foundation ha etiquetado la solución de hidrógeno de Ways2H, adoptada por el Reino Unido para abastecer hasta 1.600 autobuses de pila de combustible mediante el suministro de 500 kg a 1 tonelada de combustible de hidrógeno renovable al día. Camiones de gran tonelaje, camiones u otros vehículos pesados, ¡podrían optimizar seriamente su autonomía de viaje y recorrer hasta 11.000 kilómetros de carretera al día! Si las fuentes de combustible de los camiones de largo recorrido pasaran de los combustibles fósiles convencionales al hidrógeno verde renovable, las emisiones de gases de efecto invernadero podrían reducirse aproximadamente un 89%.

En el mundo del transporte marítimo de mercancías, Maersk está desarrollando intensamente la producción de metanol verde como combustible para sus buques.En colaboran con Carbon Sink LLC para producir 100.000 toneladas anuales de metanol verde, una combinación de hidrógeno verde y_CO2 biogénico. En la actualidad, hay 13 cargueros Maersk de doble combustible que funcionan con metanol verde. Para finales de año, se habrán desplegado 19 buques que generarán un ahorro anual de emisiones de_CO2 de unos 2,3 millones de toneladas. Además, los cambios necesarios para incorporar esta tecnología han permitido aumentar la capacidad de los buques de 15.000 a 15.690 TEU(Twenty-foot Equivalent Unit).

El metanol verde desarrollado a partir del hidrógeno verde podría servir de inspiración para el desarrollo del transporte de mercancías.

• Almacenamiento a largo plazo

El hidrógeno también puede utilizarse para almacenar el excedente de energía eólica y solar y reutilizarlo cuando sea necesario, en lugar de desperdiciarlo. La conversión de energía en gas (hidrógeno) podría proporcionar semanas o meses de almacenamiento, a diferencia de las baterías, que se limitan a horas o días.

En Utah (EE.UU.) se está construyendo la mayor planta de almacenamiento de hidrógeno del mundo: el proyecto Advanced Clean Energy Storage (ACES) . Proporcionará más de 300 GWH de almacenamiento de energía en enormes cuevas de sal, cada una de ellas lo bastante espaciosa como para albergar el Empire State Building. La iniciativa, puesta en marcha por Mitsubishi Power y Magnum Development, utilizará estas cavernas de sal para almacenar energía renovable. Mike Ducker, Vicepresidente de Combustibles Renovables de Mitsubishi Power declaró que:

"Se necesitarían unos 40 GW de baterías de iones de litio para tener el mismo potencial de almacenamiento en una sola de nuestras cavernas".

En 2026, habrá 4 cavernas disponibles para el almacenamiento. Las cavernas se crean disolviendo sal con agua (minería de disolución) y producen salmuera. Este producto permanecerá contenido en estanques de evaporación que cuentan con sistemas de control de las aguas subterráneas y de detección de fugas que garantizan un impacto ambiental mínimo. Además, las formaciones salinas tienen una baja porosidad y la capacidad de cerrar las fracturas de forma natural, lo que garantiza la contención del gas a largo plazo.

Sectores incompatibles con el desarrollo del hidrógeno

Hay varias industrias en las que el hidrógeno no parece ser la alternativa más prometedora. En varias situaciones, la electrificación, las baterías u otras soluciones bajas en carbono tienen una ventaja competitiva sobre el hidrógeno en términos de eficiencia, coste y plausibilidad.

• Calefacción estructural

Las bombas de calor son mucho más eficientes que las fuentes de calefacción de hidrógeno. Las calderas de hidrógeno suelen funcionar con una eficiencia del 60-70%, frente a las bombas de calor, que pueden alcanzar una eficiencia del 300-500% debido a su capacidad para transferir calor en lugar de ^generarlo8. Además, reutilizar las infraestructuras de forma que el hidrógeno pueda incorporarse a los gasoductos es demasiado caro y complejo.

• Turismos y vehículos ligeros

Aunque hemos visto las ventajas de la tecnología del hidrógeno para el transporte pesado, no son aplicables cuando se trata de coches más pequeños destinados al transporte corto o incluso al transporte público urbano. Los vehículos ligeros necesitan baterías mucho más pequeñas y ligeras que los transportes pesados. Un camión eléctrico con una autonomía de 1.000 km puede necesitar entre 4 y 6 toneladas de ^baterías9, pero la batería de un turismo sólo pesará 400-600 kg y tendrá una autonomía de 500-600 km^.10 Para esta autonomía, la eficiencia energética (75-85% para los BEV, 30-40% para los vehículos impulsados por ^hidrógeno11) será una ventaja frente a las características de recarga rápida de los vehículos de hidrógeno.

Además, los vehículos eléctricos de batería (BEV) están extendidos por todo el mundo y cuentan con un amplio apoyo. Actualmente hay más de 26 millones de BEV en el ^mercado12. En cambio, sólo hay 70.000 pilas de combustible a la misma ^escala13. Desarrollar infraestructuras de repostaje de hidrógeno para competir con los BEV sería escaso, caro y no ofrecería una ventaja significativa en términos de huella medioambiental.

Los mismos argumentos son válidos para los transportes públicos urbanos como los trenes de metro y los autobuses, que son aplicaciones de corto alcance y baja potencia que favorecen de forma similar la eficiencia energética.

Gráfico que demuestra la expansión de los BEV, por Statista Mobility Market Outlook

• Procesos industriales a baja temperatura

Procesos como el procesado de alimentos, el textil, el secado de papel o el lavado de botellas requieren un calor de ^60-150ºC14. Una vez más, los calentadores eléctricos resistivos o las bombas de calor convierten la energía en calor con gran eficiencia (100% para calentadores ^resistivos15, hasta 300-500% para ^bombas de calor16) en contraste con la calefacción basada en hidrógeno (30-40%⁾¹⁷. Como las bombas de calor y los sistemas resistivos son tan eficientes, consumen mucha menos energía y, en consecuencia, son más baratos.

Combustible para el futuro, ¡estratégicamente!

En el Reino Unido, a mediados de 2024 se abandonaron tres ensayos distintos de implantación de hidrógeno para calefacción residencial debido a las pruebas concretas que demostraban que las bombas de calor eléctricas eran más eficientes y rentables. Se calcula que uno de los proyectos costaría hasta 200 millones de libras si se hubiera llevado a cabo.

Estas pruebas subrayan la necesidad de invertir en hidrógeno allí donde ofrezca valor real y escalabilidad. Las iniciativas estratégicas -como el Banco Europeo del Hidrógeno, que destina actualmente más de 1.000 millones de euros a proyectos de hidrógeno ecológico- demuestran cómo una financiación específica puede acelerar su impacto. Como complemento, la Comisión Europea ha adoptado una nueva metodología de emisiones para el hidrógeno bajo en carbono, completando el marco regulador de la UE y aportando claridad jurídica a los inversores. Juntos, estos esfuerzos refuerzan la confianza en el sector y ayudan a posicionar el hidrógeno como una solución creíble.

La Fundación Solar Impulse se compromete a contribuir, junto con Climate Impulse, a demostrar el valor estratégico del hidrógeno, no en todos los ámbitos, sino allí donde tenga sentido, proporcionando un modelo inspirador para la innovación y el despliegue sostenibles. Con este espíritu, nuestro próximo artículo incluirá las opiniones de un experto en hidrógeno, que compartirá su perspectiva sobre el futuro de la industria... Permanezca atento.