Adaptado del artículo “¿Hidrógeno para calefacción?” de David Cebon, director del Centro para el Transporte Sostenible de Mercancías por Carretera y profesor de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Cambridge.
El uso de hidrógeno para calentar los edificios en un futuro con bajas emisiones de carbono ha demostrado ser menos eficiente desde el punto de vista energético, más intensivo en carbono y más costoso que el uso de bombas de calor.
Producir hidrógeno verde, que luego se utilize para alimentar calderas de agua caliente, requiere grandes cantidades de electricidad renovable, más de cinco veces más que utilizar la misma electricidad para alimentar directamente bombas de calor.
A pesar de ello, en varios países, entre ellos el Reino Unido, se sigue estudiando la posibilidad de calentar con hidrógeno, y algunos sugieren que el almacenamiento de energía podría reducir significativamente las enormes cantidades de generación de electricidad renovable necesarias para la producción de hidrógeno.
Almacenamiento máximo
En un escenario de “almacenamiento máximo”, el almacenamiento de hidrógeno verde para calentar los hogares podría reducir las necesidades de generación de electricidad renovable hasta la mitad en comparación con la ausencia de almacenamiento.
Sin embargo, no resolvería los problemas fundamentales del calentamiento por hidrógeno: seguiría requiriendo una enorme generación de electricidad renovable, muy superior al objetivo del Reino Unido para 2030, junto con el mayor proyecto de almacenamiento de hidrógeno del planeta.
Como ya se explicó en un post anterior, calentar el Reino Unido con hidrógeno verde sin almacenamiento de energía requeriría aproximadamente 367 gigavatios (GW) de capacidad instalada de generación eólica marina -es decir, 30.600 de los mayores aerogeneradores que cubren una superficie marina mayor que Dinamarca- para generar 143 GW de electricidad renovable y satisfacer la demanda media de calefacción del parque de viviendas del Reino Unido, de 70 GW, durante los meses de invierno [1].
Esta capacidad sería necesaria debido a las pérdidas de energía asociadas al calentamiento del hidrógeno, desde su producción hasta su uso final.
Por el contrario, el uso de bombas de calor para proporcionar la misma cantidad de calor a los hogares británicos requeriría sólo 26 GW de electricidad renovable de media, lo que corresponde a 67 GW de capacidad instalada de turbinas eólicas.
Si el Reino Unido almacenara todo el hidrógeno generado durante los seis meses “de verano” sin calefacción, desde mediados de primavera hasta mediados de otoño, podría utilizarlo posteriormente para complementar el hidrógeno generado en invierno, lo que permitiría generar hidrógeno verde durante todo el año a la mitad de ritmo.
Sin embargo, esta necesidad de electricidad renovable reducida a la mitad, 71 GW de media, seguiría requiriendo una enorme capacidad instalada de 183 GW de energía eólica marina, lo que equivale a 15.300 aerogeneradores marinos y una superficie marina de 24.800 kilómetros cuadrados.
Esto sigue siendo casi tres veces la capacidad de electricidad renovable requerida por una solución de bomba de calor.
Territorio inexplorado
Almacenar suficiente hidrógeno para calentar el Reino Unido con la mitad de las necesidades de electricidad renovable también requeriría un nivel de almacenamiento sin precedentes.
En este escenario límite, sería necesario almacenar unos 196 teravatios hora (TWh) de hidrógeno, lo que equivaldría a la mitad de la energía necesaria para calentar las casas en invierno, teniendo en cuenta las pérdidas de energía durante el almacenamiento y la transmisión [2].
Para ello se necesitaría un total de 1.960 cavidades salinas subterráneas, cada una con un diámetro de 100 metros y un volumen de 500.000 metros cúbicos, que cubrirían una superficie total de unos 196 kilómetros cuadrados [3].
La construcción de cavidades salinas a esta escala, aunque se cree que es posible dentro de los depósitos de sal terrestres disponibles en el Reino Unido [4], es un territorio inexplorado. Nunca antes se había intentado nada parecido en ningún país.
¿Un sistema de calefacción viable?
Es dudoso que un sistema de este tipo para calentar el Reino Unido utilizando hidrógeno verde pueda construirse antes de 2050 debido a la magnitud de la infraestructura necesaria.
El país tiene actualmente unos 14 GW de capacidad de generación eólica marina, con un objetivo nacional de apenas 50 GW para 2030 [5].
Construir los 183 GW de capacidad necesarios para calentar con hidrógeno verde, además de casi 2.000 cavidades salinas para almacenarlo, sería una tarea monumental.
También es inconcebible la alternativa de construir 367 GW de generación de electricidad renovable para calefacción de hidrógeno verde sin almacenamiento de aquí a 2050.
Invertir recursos en este tipo de proyectos de calefacción por hidrógeno, aunque se combinen con otras soluciones de calefacción, no tiene mucho sentido desde el punto de vista científico o económico cuando, comparativamente, las bombas de calor eléctricas sólo necesitan 67 GW de energía eólica marina para calentar todo el Reino Unido.
Nuestra conclusión es que la única forma práctica de llegar a emisiones próximas a cero en el sistema de calefacción del Reino Unido es utilizar bombas de calor y redes de calor. Se trata del uso más eficiente de la energía, que requiere la cantidad mínima de nuevas energías renovables más acorde con los objetivos del país.
Notas
[1] El parque de viviendas del Reino Unido tenía una necesidad media nacional de unos 70 GW de calor durante los meses de invierno de 2021. Teniendo en cuenta la eficiencia del 49% de la calefacción de hidrógeno, se necesitarían 143 GW de electricidad renovable para generar este calor: 70/0,49 = 143 GW. Esto requeriría aproximadamente 367 gigavatios (GW) de capacidad de generación eólica marina instalada, lo que corresponde a 30.600 aerogeneradores de 12 MW que cubren una superficie marina de aproximadamente 49.600 km2.
[2] Esta necesidad de 196 TWh de almacenamiento de hidrógeno se basa primero en el equivalente de la mitad de los 300 TWh de gas natural utilizados para calentar las casas en invierno, es decir, 150 TWh, y luego tiene en cuenta las pérdidas de energía utilizando la eficiencia de la transmisión y de las calderas: 150 TWh /(0,85×0,9) = 196 TWh.
[3] Se podrían almacenar hasta 100 GWh de hidrógeno en una cavidad salina con un volumen de 500.000 m3 a una presión de 200 bares, según The American Clean Power Association.
[4] Para más información, véase “¿Tiene el Reino Unido suficiente capacidad de almacenamiento geológico para sostener una economía del hidrógeno? Estimating the salt cavern storage potential of bedded halite formations”, publicado en el Journal of Energy Storage.
[5] “Capacidad instalada acumulada de energía eólica marina en el Reino Unido de 2009 a 2022”, Statista.
