Perspectivas para el hidrógeno como actor de la descarbonización del sector energético

Autores: Alberto Abánades-Velasco, Javier Muñoz-Antón. Grupo de Investigaciones Termoenergéticas, Universidad Politécnica de Madrid

Resumen

La humanidad tiene una necesidad urgente de reducir las emisiones de dióxido de carbono. Tal desafío requiere una transformación profunda y sistémica del sistema energético actual. Lograr este objetivo ha otorgado un papel sin precedentes a los vectores energéticos descarbonizados. La electricidad es el más consolidado de estos vectores, y un vector molecular está en la agenda para contribuir en el futuro a aquellos usos finales que son difíciles de electrificar. Además, el almacenamiento de energía es un tema crítico para ambos vectores de energía.

Abstract

Humankind has an urgent need to reduce carbon dioxide emissions. Such a challenge requires deep, systemic transformation of the current energy system in our society. Achieving this goal has given an unprecedented role to decarbonized energy vectors. Electricity is the most consolidated of such vectors, and a molecular vector is in the agenda to contribute in the future to those end uses that are difficult to electrify. Additionally, energy storage is a critical issue for both energy vectors.

Artículo de difusión

El suministro seguro, sostenible y con garantías de energía es un problema complejo al que se le añade actualmente el objetivo de descarbonización, lo que implica la necesidad de una integración profunda de todos los sistemas en una economía circular y requerirá una fuerte capacidad de adaptación, hibridación y flexibilidad para todas las tecnologías involucradas, incluso acoplando e interrelacionando sectores hasta ahora completamente separados, como el químico, materiales, etc.

El desarrollo de las tecnologías del Hidrógeno ha encontrado una segunda juventud como vector energético que puede cumplir con los requisitos necesarios para esa transición energética. No obstante, ese desarrollo se enfrenta a una serie de riesgos. Una rápida implantación de la tecnología del hidrógeno en la sociedad puede derivar a la concentración de todos los esfuerzos en un número limitado de opciones tecnológicas que ya se han probado a pequeña escala, impidiendo el crecimiento de otras alternativas que podrían ser también aplicables a largo plazo, con las que sería conveniente contar para lograr los objetivos finales de sostenibilidad. A modo de ejemplo, desde el punto de vista de la generación de hidrógeno, la mayoría de los esfuerzos comerciales se centran en el despliegue de la electrólisis del agua como técnica dominante para la producción de hidrógeno descarbonizado a gran escala. En el lado opuesto de la cadena de valor del hidrógeno, las pilas de combustible parecen ser la tecnología dominante para la utilización del hidrógeno.

Ambas tecnologías son perfectamente válidas, y están alcanzando un nivel de desarrollo tecnológico que las ha llevado a ser las principales candidatas a la primera implementación a gran escala de una economía de hidrógeno descarbonizado (con el permiso de tecnologías de hidrógeno basadas en fósiles, como reformado con vapor de gas natural, lo que requiere una implementación profunda de captura y secuestro de carbono, pero ese es otro debate).

Confiar toda la responsabilidad de la generación y uso de hidrógeno a unas pocas tecnologías es arriesgado. Las tecnologías electroquímicas se enfrentan a algunas amenazas y riesgos, como la disponibilidad de materias primas que a menudo se clasifican como críticas [1-3]. Algunas voces ya advierten sobre el posible impacto geopolítico de tales circunstancias, acentuado actualmente por la crisis global inducida por eventos como la pandemia de COVID y la guerra Ucrania-Rusia. No resulta despreciable considerar como elevado el riesgo de que se desequilibre la disponibilidad de dichos materiales, aumentando su coste, lo que impactaría en la viabilidad de la implantación de la producción de hidrógeno. El otro problema limitante es la disponibilidad de la principal fuente de hidrógeno, el agua, que se espera que sea escasa en el futuro en muchos lugares y requiera el desarrollo de técnicas específicas de recuperación o purificación [4], lo que reduce la eficiencia global de la producción de hidrógeno y su competitividad en relación con su uso como vector energético.

En la carrera por la descarbonización, no habrá posibilidad de rebobinar ya que el calentamiento global se está volviendo casi crítico. Otras tecnologías, como la pirólisis [5-7] para producción o la oxidación termoquímica de hidrógeno para su aprovechamiento, merecen la oportunidad de desarrollo, ya que pueden reducir la demanda energética para la producción de hidrógeno, la utilización de materias primas y su huella hídrica. En este sentido, la clasificación popularmente utilizada del hidrógeno en función de su tecnología y fuentes en función de los colores (verde, azul, turquesa, etc.) no está contribuyendo a un enfoque tecnológicamente neutro de la transición energética, especialmente si dicha clasificación se utiliza en la regulación, que afectan a la inversión, investigación y la innovación. Dichos enfoques deben centrarse en la contribución efectiva a la descarbonización y la sostenibilidad, por ejemplo, mejorando y aplicando estándares reconocidos para las evaluaciones del ciclo de vida, como la norma ISO 14044 [8]. Ese es el caso de otros sectores, donde el etiquetado se basa en la eficiencia. Dicha clasificación debe proporcionar una visión tecnológicamente neutra sobre umbrales claros de indicadores ambientales y de sostenibilidad que estén claramente regulados para todas las tecnologías presentes y futuras (Figura 1).

Figura 1. Clasificación del hidrógeno basada en los impactos en lugar de las tecnologías.

La descarbonización de la actividad humana en la atmósfera es uno de nuestros principales objetivos, ya que el impacto antropogénico en el clima de la Tierra amenaza el futuro de la misma. El hidrógeno está llamado a contribuir a lograr tal objetivo, integrado en un sistema con otras piezas, como las fuentes renovables y la circularidad material. Incluso si el impacto práctico del hidrógeno en nuestra sociedad es limitado ahora, se depositan grandes expectativas y esperanzas en el tema.

Nosotros (como sociedad) tenemos que convertir esas expectativas y esperanzas en realidad, identificando las debilidades y las amenazas de ese camino: a corto plazo el almacenamiento y la distribución de hidrógeno y energía, el reducido número de alternativas tecnológicas, la reconversión educativa y sus aspectos normativos y de regulación. El hidrógeno tiene muchas fortalezas e implica muchas oportunidades para abordar el reto global de la transición energética. El futuro tiene un lugar para el hidrógeno, puede ser como actualmente se viene utilizando o como compuesto hidrogenado (tal y como hace la naturaleza, en donde es muy extraño encontrar moléculas de hidrógeno libre).

Basado y con más reflexiones de [9]

Referencias

1. Kiemel, S.; Smolinka, T.; Lehner, F.; Full, J.; Sauer, A.; Miehe, R. Critical materials for water electrolysers at the example of the energy transition in Germany. Int. J. Energy Res. 2021, 45, 9914–9935.

2. Hofmann, M.; Hofmann, H.; Hagelüken, C.; Hool, A. Critical raw materials: A perspective from the materials science community. Sustain. Mater. Technol. 2018, 17, e00074.

3. Lotriˇc, A.; Sekavˇcnik, M.; Kuštrin, I.; Mori, M. Life-cycle assessment of hydrogen technologies with the focus on EU critical raw materials and end-of-life strategies. Int. J. Hydrog. Energy 2021, 46, 10143–10160.

4. Woods, P.; Bustamante, H.; Aguey-Zinsou, K.-F. The hydrogen economy—Where is the water? Energy Nexus 2022, 7, 100123.

5. Fulcheri, L. From methane to hydrogen, carbon black and water. Int. J. Hydrogen Energy 1995, 20, 197–202.

6. Clarke, R.; Abánades, A. Briefing: Pyrolysis of natural gas to hydrogen: A key energy transition tool. Proc. Inst. Civ. Eng. Energy 2021, 174, 98–102.

7. Muradov, N. Hydrogen via methane decomposition: An application for decarbonization of fossil fuels. Int. J. Hydrogen Energy 2001, 26, 1165–1175.

8. UNE-EN ISO 14044:2006 Environmental management – Life cycle assessment – Requirements and guidelines

9. Abánades, A. Perspectives on Hydrogen. Energies 2023, 16, 437. https://doi.org/10.3390/en16010437

Contacto

Javier Muñoz, Investigador Responsable del grupo UPM-GIT del Programa ACES2030-CM.
Coordina ACES2030-CM: Manuel Romero Álvarez. IMDEA Energía.

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