Contextualización del papel del hidrógeno en la transición energética

El uso del hidrógeno para producir calor y electricidad no es nuevo, pero su papel en la transición energética es complejo. Hemos recopilado una serie de datos e informes clave sobre el papel que puede desempeñar el hidrógeno en la transición energética con el fin de poner los hechos en perspectiva.

Pero, ¿qué es exactamente el hidrógeno?

El hidrógeno es un elemento químico que rara vez se encuentra de forma aislada en nuestro planeta. No es una fuente de energía primaria y su producción requiere el uso de energía existente.

Básicamente, la mejor manera de considerar al hidrógeno es como un portador de energía, no muy diferente a una batería. 

Pero debido a la ingente cantidad de energía necesaria para producir, transportar y almacenar hidrógeno, se trata de un portador de energía muy poco eficiente. Probablemente nunca se pueda utilizar a gran escala.

El hidrógeno puede producirse a partir de diferentes tipos de energía.

Combustibles fósiles

El hidrógeno puede producirse a partir del carbón, el petróleo o el gas natural, mediante el reformado de metano con vapor de agua (SMR, por sus siglas en inglés) con o sin captura y almacenamiento de Carbono (CAC).  Se trata de un proceso que requiere una gran cantidad de energía, lo que significa que el hidrógeno de origen fósil sin CAC es mucho más contaminante que el uso directo de carbón, petróleo o gas natural.

Renovables

El hidrógeno también puede producirse utilizando energía eléctrica para dividir las moléculas de agua en un proceso conocido como electrólisis, creando sólo oxígeno como subproducto. Si la energía eléctrica procede de fuentes renovables -por ejemplo, la energía eólica y la solar-, el proceso se acerca a las cero emisiones. A menudo se denomina “hidrógeno verde”.

Electricidad nuclear

También es posible producir hidrógeno a partir de electricidad producida con energía nuclear.

Un gran número de Gobiernos y empresas reivindican la economía limpia del hidrógeno como la clave de la transición energética.

Las dos formas de hidrógeno “limpio” que se suelen contemplar para descarbonizar el sistema energético son el hidrógeno renovable y el hidrógeno fósil con CAC, también conocidos como hidrógeno verde y azul respectivamente.

Pero, ¿es el hidrógeno realmente una solución limpia?

Estudios recientes como este demuestran que el único hidrógeno escalable y realmente bajo en emisiones se produce a partir de la electricidad generada por la energía solar o eólica.

Otros estudios, como el representado en este gráfico, cuestionan la credibilidad climática del hidrógeno fósil con CAC, ya que su intensidad de gases de efecto invernadero puede ser hasta un 20% superior a la de la combustión de gas natural para la calefacción.

El motivo es que el hidrógeno fósil con CAC se produce utilizando una gran cantidad de gas natural, lo que agrava el problema de las fugas de metano en la cadena de suministro de gas natural. Las emisiones de metano que produce el ser humano tienen un efecto hasta 80 veces mayor que el CO2 en lo que se refiere al calentamiento de la atmósfera en un intervalo de 20 años.

Además, en la actualidad, la tecnología de CAC sólo capta una parte de las emisiones y nunca llegará a captar el 100%.

No se puede dar por supuesto que el hidrógeno fabricado a partir de combustibles fósiles y con CAC sea, por defecto, de bajas emisiones. Confiar en él como solución climática tiene sus riesgos, ya que evaluar y mitigar las emisiones del ciclo de vida del hidrógeno fósil con CAC es una cuestión compleja que podría llevar muchos años.

A pesar del entusiasmo que suscitan el hidrógeno renovable y el hidrógeno fósil con CAC, los proyectos de hidrógeno “limpio” a gran escala aún no se han materializado del todo.

Entonces, ¿qué papel debe desempeñar el hidrógeno renovable en la transición energética?

Somos conscientes de que para paliar el impacto del cambio climático tenemos que actuar hoy mismo. Esto significa utilizar todas las soluciones a nuestro alcance. La electrificación, por ejemplo, resulta ser más barata y accesible que las soluciones de hidrógeno renovable, que aún están en fase de desarrollo.

En primer lugar, se debería utilizar el hidrógeno renovable de emisiones casi nulas para sustituir al actual hidrógeno fósil contaminante, para posteriormente utilizarlo en los sectores “nicho” que no disponen de soluciones de electrificación.

Actualmente, en el mundo se producen 120 millones de toneladas de hidrógeno al año. El 98,7% se produce a partir de combustibles fósiles -gas natural, carbón o petróleo- sin CAC.

Se utiliza principalmente en la fabricación de fertilizantes a base de amoníaco para la producción de alimentos, para productos químicos como el metanol y para eliminar las impurezas durante el refinado del petróleo.

El hidrógeno fósil, también conocido como hidrógeno gris, emite cada año aproximadamente las mismas emisiones que la industria mundial de la aviación.

Para descarbonizar el hidrógeno que se utiliza hoy en día, necesitaríamos casi tres veces la cantidad de electricidad eólica y solar generada en el mundo en 2019.

Si tenemos en cuenta el volumen de energía que se necesitaría para descarbonizar solamente los lugares en los que el hidrógeno fósil ya es contaminante a día de hoy, vemos que es necesario que nos centremos en primer lugar en identificar dónde se utiliza el hidrógeno.

Información sobre el hidrógeno y la calefacción doméstica

El hidrógeno es poco eficiente para la calefacción

  • El hidrógeno fósil con CAC producido a partir de gas natural utiliza al menos un 40% más de gas que las calderas que utilizan directamente gas natural, por lo que aumentaría las importaciones de gas de muchos países, socavando la seguridad energética.
  • Alimentar las calderas con hidrógeno renovable supone un consumo de energía renovable seis veces mayor que el de las bombas de calor.
  • Para calentar todos los edificios del Reino Unido con hidrógeno renovable sería necesario multiplicar por 40 la capacidad de generación de energía eólica marina existente en el Reino Unido. El uso de bombas de calor sólo requeriría que la capacidad de generación eólica marina existente se multiplicara por un factor de alrededor de 6,5.

Las bombas de calor son más baratas para los consumidores

  • La Organización Europea de Consumidores (BEUC) ha concluido que las bombas de calor eléctricas son la opción de calefacción ecológica más barata para los consumidores, y que las calderas de hidrógeno nunca serán una solución rentable. Las bombas de calor también reducirán hasta en un 25% los costes de calefacción de los consumidores en comparación con el gas natural.
  • Alimentar las calderas de hidrógeno en la UE resultaría un 50% más caro para los hogares en 2050 que si utilizaran bombas de calor.
  • Según Bloomberg NEF, en 2030, instalar en el Reino Unido una caldera de hidrógeno de combustión costará un 43% más que instalar una bomba de calor.

Información sobre el hidrógeno y el transporte

Las soluciones de vehículos eléctricos son más eficientes

  • Se necesita aproximadamente 3,3 veces más electricidad para alimentar un camión propulsado por hidrógeno que uno que funcione con un sistema de carreteras eléctricas (Electric Road System -ERS-).
  • Los vehículos de batería son unas 3,2 veces más eficientes energéticamente que los de pila de combustible de hidrógeno. El gráfico a continuación, originalmente de Transport & Environment, muestra las pérdidas de energía.

La implantación del hidrógeno requiere grandes superficies de terreno

  • Para abastecer de energía a todo el tráfico aéreo europeo con hidrógeno renovable, Europa necesitaría una extensión de tierra mayor que la superficie de Hungría para hacer funcionar 119.800 grandes turbinas eólicas de 8,4 MW.

¿Se podría integrar el hidrógeno a la red de gas natural existente?

Algunos Gobiernos y empresas están estudiando la posibilidad de introducir hasta un 20% de hidrógeno directamente en la red de gas natural para ayudar a reducir las emisiones.

En la mayoría de los países europeos, la inyección de hidrógeno en los gasoductos de gas natural existentes solo podría alcanzar hasta un 20% de hidrógeno si no se adaptan las infraestructuras.

Cabría suponer que la inyección de un 20% de hidrógeno renovable en la red de gas natural ahorre un 20% de las emisiones de gases de efecto invernadero.

Sin embargo, una mezcla del 20% de hidrógeno con gas natural en un gasoducto sólo tiene el 86% de la eficiencia energética del gas natural puro.

Habría que quemar un 14% más de la mezcla para crear la misma energía térmica. Esto significa que el ahorro de emisiones de gases de efecto invernadero no se acerca al 20%, sino al 7%.

No es posible una transición fluida entre el gas natural y el hidrógeno con la infraestructura actual de gasoductos, ya que requiere una sustitución de la infraestructura de gas natural existente una vez se hayan maximizado los límites de mezcla.

Dado lo valioso (e ineficiente) que es el hidrógeno renovable, mezclarlo en la red de gas existente no tiene sentido debido a su limitado impacto en el ahorro de emisiones. Antes habría que descarbonizar otros sectores, como el del hidrógeno fósil.

Resumen

Un plan de acción climática exitoso significa implementar todas las soluciones con las que contamos en los sectores correspondientes para lograr el mayor impacto en la reducción de las emisiones. El hidrógeno tiene un papel fundamental, pero quedará limitado a los sectores que más lo necesiten.

Para más encontrar comentarios adicionales puedes visitar nuestro blog. Para más información sobre nuestra posición respecto al hidrógeno, consulta nuestros Principios.