HIDRÓGENO: EL COMBUSTIBLE DEL FUTURO DESCARBONIZADO
Desde que comenzó a registrarse la problemática del calentamiento global y su repercusión en el cambio climático, el hidrógeno se viene presentando como uno de los combustibles alternativos para sustituir a los combustibles fósiles altamente emisores de GEI. Sin embargo, a pesar de su enorme potencial, se trata de un recurso difícil de obtener, pues no se encuentra de forma aislada en la naturaleza.
El hidrógeno puede almacenarse en estado gaseoso o líquido y ser distribuido a través de gasoductos, lo que lo convierte en un sustituto del gas natural, y, lo más importante, no emite GEI en su combustión.
Siendo así, ¿por qué no se convierte en la primera opción hacia un modelo energético sostenible?, ¿qué le falta para liderar la transición energética mundial? La respuesta a estas inquietudes será el objetivo primordial de esta sección, en la que, adicionalmente, se muestran los avances y expectativas de Colombia con esta alternativa.
TIPOS DE HIDRÓGENO EN FUNCIÓN DE SU SOSTENIBILIDAD
Como casi siempre sucede con estas tecnologías revolucionarias, el problema radica (aun cuando hoy en menor proporción y a la baja), en su costo y en su dificultad de producción. Para empezar, el hidrógeno, a pesar de ser uno de los elementos más abundantes de la Tierra, se libera a partir de otras sustancias que lo contienen, entre ellas el agua y el gas natural.
La forma ideal de producir hidrógeno sería obtenerlo directamente del agua, para lo cual es necesario ejecutar un proceso de electrólisis, que consiste en descomponer moléculas de agua (H2O), en oxígeno (O) e hidrógeno (H2); no obstante, este es un proceso costoso en el que se necesita energía eléctrica que en la mayoría de los casos no proviene de fuentes renovables.
La dificultad para obtener hidrógeno 100 % limpio, ha llevado a los productores a clasificar el producto resultante en función de su valor sostenible, como se muestra en la figura de la siguiente página.
“Actualmente existen diversas formas de producir hidrógeno caracterizadas por los insumos utilizados y las tecnologías empleadas. El hidrógeno puede clasificarse según la sostenibilidad del vector energético que depende en gran medida de la tecnología de producción y la fuente de energía. De este modo, la clasificación se hace en función de las emisiones que lleva asociadas. La Comisión Europea ha adoptado esta clasificación en su estrategia para el hidrógeno”.
Fuente: Hoja de Ruta del Hidrógeno en Colombia, BID, UK Government y Ministerio de Minas y Energías, 2021.
TIPOS DE HIDRÓGENO
EL HIDRÓGENO VERDE Y SU ESTRECHA RELACIÓN CON LAS ENERGÍAS RENOVABLES
Según investigación llevada a cabo por las universidades Stanford (California, EE. UU) y Técnica de Múnich (Alemania), producir hidrógeno podría ser rentable si se echase mano de los excedentes de energía renovable que no se alcanzan a consumir y que, bajo condiciones actuales, no se almacenan. La clave, según el estudio, radica en entender que el rendimiento de las energías renovables es en esencia intermitente, por lo que el suministro de electricidad a partir de ellas es igualmente fluctuante. Unas veces no alcanza a satisfacer la demanda, mientras que en otras se producen excesos y se pierden, o, en su defecto, se para la producción por falta de almacenamiento.
Para Javier Brey, presidente de la Asociación Española del Hidrógeno (AEH2), esta problemática se fundamenta en el funcionamiento propio del sector eléctrico, que únicamente genera la electricidad que se va a consumir, situación que conlleva desaprovechamiento de la energía no producida por la ausencia de demanda.
Tal como lo expone el representante de la asociación, esta dificultad se acrecienta en la medida que aumenta la participación de energías renovables en la matriz de generación eléctrica, situación que se podría solventar con un sistema de almacenamiento a gran escala del cual sea partícipe el hidrógeno. En este sentido, cuando la capacidad de generación eléctrica renovable exceda la demanda, en vez de parar estas plantas, la electricidad se desviaría a parques de electrolizadores, donde se produciría y almacenaría el hidrógeno para posteriormente volverlo a transformar en electricidad a través del uso de pilas de combustible. En resumen, el hidrógeno serviría de vector facilitador para la penetración de las energías renovables, lo que sería una relación similar a las de tipo simbiótico que se dan entre seres vivos en la naturaleza.
Una investigación publicada recientemente en la revista especializada Nature Energy cuantificó el costo de producción de hidrógeno a partir de energía eléctrica (empleando electrólisis) para determinar si se trataba o no de una alternativa viable desde el punto de vista comercial. Para ello, los investigadores recopilaron datos sobre los costos y precios del hidrógeno y los compararon con los precios de la electricidad en el mercado mayorista y con datos de generación de energía eólica durante un año entero en Alemania y EE. UU. Su conclusión fue que los sistemas híbridos (de generación de hidrógeno a partir de energía renovable, generalmente eólica o solar), pueden llegar a ser rentables a partir de los 3,2 €/kg.
El mismo estudio recalcaba que los costos de los electrolizadores están disminuyendo considerablemente, situación que podría abaratar de forma importante el gasto asociado a la generación de hidrógeno con energías renovables, algo que sería un boom para la sostenibilidad energética; al respecto, además expone que:
“La electrólisis es el segundo método de producción de H2 a escala industrial de todo el mundo. Además, es un método limpio, cuyo costo resulta proporcional al de la energía eléctrica empleada en su producción”.Fuente: <https://www.aeh2.org/hidrogeno/>.
También concluye que, valores inferiores a los 2,5 €/kWh dan precios de 2,5 €/kg, lo que se convierte en solución viable para la descarbonización de sectores como el Industrial, el de Transporte o el de Energía.
En su mayoría, expertos estiman que en los próximos 10 años los costos de producir H2 verde bajarán 70 % o más, si los precios de electricidad generada por renovables siguen disminuyendo, como se viene dando.
OTRA ALTERNATIVA: GENERAR HIDRÓGENO A PARTIR DE GAS NATURAL
Aun cuando producir hidrógeno a partir de agua resulta una opción viable, como se sustentó en el aparte anterior, existe una vía más económica para ello: reformando el gas natural. Este proceso se conoce como ‘reformado de metano’, una alternativa más para la transición energética.
El mayor inconveniente de esta opción consiste en que este sistema no evita emisión de GEI, pues se basa en un combustible fósil. Para deshacerse de ese carbono remanente, los productores de H2 recurren a métodos de CCUS (captura y almacenamiento de carbono), una técnica en la que se inyecta bajo tierra el CO2 generado, para obtener hidrógeno azul.
Para Nils Anders, líder de SINTEF, ONG noruega dedicada a la investigación de tecnologías innovadoras con presencia en más de 75 países:
“Solo un 5 % de la producción mundial de H2 procede de la electrólisis. Por ello, si queremos avanzar hacia una economía 100 %
sostenible, será necesario impulsar de forma paralela la generación de hidrógeno a partir del gas natural”.
Fuente: <https://www.nationalgeographic.com.es/ciencia/ventajas-e-inconvenientes-hidrogeno-como-combustible-alternativo_14897>.
Para el experto de SINTEF, es innegable que la producción de H2 azul se irá incrementando a lo largo del tiempo en Europa.
Hidrógeno a partir de gas natural
Un informe de EIA, de prepandemia, señalaba que los costos de producción de H2 cambiarían en un futuro no lejano. El hidrógeno gris cuesta actualmente 1,5 €/kg, dependiendo del precio del gas natural. En el caso del hidrógeno azul, a ese costo habría que sumarle el del proceso de CCUS (entre 50 y 70 €/tCO2). Sin embargo, la UE planea penalizar las emisiones de CO2 en un rango de 30 y 50 €/tCO2, por lo que en unos años el hidrógeno azul acabará siendo más barato que el gris.
En resumen, el reformado de metano es un proceso más barato para generar hidrógeno a partir del gas natural, y podría convertirse en una alternativa para la transición energética.
COLOMBIA, AVANCES Y EXPECTATIVAS: PROMIGAS Y ECOPETROL, PIONEROS EN RUTA DEL HIDRÓGENO VERDE
Promigas y Ecopetrol fueron las empresas del sector en dar los primeros pasos para el desarrollo de la industria del hidrógeno en Colombia con la puesta en marcha de dos proyectos piloto a mediados de marzo de 2022 en Cartagena.
La transportadora de gas natural, Promigas, arrancó con un piloto exploratorio de producción de hidrógeno verde y blending (mezcla) con gas natural en redes de transporte y distribución, ubicado en la Estación Heroica, en la zona industrial de Mamonal (Cartagena).
En esta fase inicial del proyecto, con una inversión estimada en US$ 1,2 MM, se producirán cerca de 1.574 kg de H2 al año, que permitirán reducir la huella ambiental de la operación al evitar emisiones de 6 tCO2 anuales. El hidrógeno producido se considera verde porque en su obtención se usa la energía eléctrica de una planta solar nueva, instalada para atender la demanda del proceso de producción y sistemas auxiliares, lo que permite una operación de cero emisiones de GEI.
La planta piloto está diseñada para ser escalada en cinco fases de crecimiento, lo que permitiría llegar a producir hasta 15t de H2 al año, una meta que dependerá de condiciones regulatorias, incentivos a la producción de hidrógeno verde y las condiciones del mercado. Al respecto, Juan Manuel Rojas, presidente de la compañía, explicó:
“Más del 98 % del hidrógeno que se produce en Colombia se obtiene del gas natural. Sin este, la hoja de ruta del hidrógeno no hubiese sido posible. Ahora necesitamos trabajar en una regulación que nos permita crecer en escala y que reconozca el costo de esta apuesta”.
Fuente: <https://www.elcolombiano.com/negocios/colombia-pone-en-marcha-dos-pilotos-de-hidrogeno-DJ16974623>.
Por su parte, Ecopetrol, en su filial Refinería de Cartagena (Reficar), inició su producción de hidrógeno verde con la puesta en marcha de un electrolizador de tecnología de membrana de intercambio de protones de 50 kW y 270 paneles solares, y una inversión estimada de US$ 6 MM.
Este proyecto utiliza aguas industriales de la refinería para producir 20 kg de H2 verde de alta pureza al día, unos 7.300 kg al año. Al respecto, el presidente de Ecopetrol, Felipe Bayón expresó:
“Hoy somos el mayor productor de H2 en Colombia, lo usamos para producir gasolina y diésel más limpios; sin embargo, queremos ir más allá y por eso anunciamos un portafolio robusto de iniciativas que buscan el desarrollo de la industria de este energético, al tiempo que avanzamos en la reducción de la huella de carbono para cumplir con la meta de ser una compañía con cero emisiones netas al 2050”.
Fuente: <https://www.elcolombiano.com/negocios/colombia-pone-en-marcha-dos-pilotos-de-hidrogeno-DJ16974623>.
Según Bayón, con este piloto se recopilará información sobre la operación, mantenimiento, confiabilidad y escalabilidad de las tecnologías utilizadas. Su objetivo principal es evaluar la viabilidad técnica y ambiental, así como el desempeño de la generación de hidrógeno verde en la refinería. Asimismo, este hidrógeno servirá para mejorar la calidad de los combustibles producidos en la refinería, para lo cual se usa actualmente hidrógeno gris.
Desde el Gobierno Nacional se ponderaron estos proyectos al igual que la presentación del primer vehículo con celdas de hidrógeno en el país; de hecho, durante el evento de inauguración fue mostrado el Toyota Mirai, primer vehículo de pila de combustible de hidrógeno producido en masa.
Toyota aportó este automóvil como un modelo que participará en las pruebas del proyecto (Ecopetrol) heredando y transfiriendo el conocimiento y experiencia de su desarrollo tecnológico. El auto produce la electricidad necesaria para su propulsión, combinando hidrógeno con oxígeno, que da como como resultado emisiones más limpias. Además, cuenta con una autonomía de 650 km, una capacidad de 5,6 kg de H2 y tiempo de abastecimiento menor a 3 min.
En cuanto a las expectativas a largo plazo del Gobierno sobre el hidrógeno verde, el Ministro de Minas y Energía, Diego Mesa expresó:
“En septiembre de 2011 presentamos la hoja del H2 de cero y bajas emisiones, y tan solo seis meses después ya estamos poniendo en operación los primeros proyectos piloto del H2 verde en el país. Nuestro objetivo es desarrollar entre dos y tres GW de electrólisis para producir hidrógeno de cero y bajas emisiones en los próximos 10 años”.
Fuente: <https://www.elheraldo.co/economia/ecopetrol-y-promigas-entran-en-la-ruta-del-hidrogeno-895368>.
De acuerdo con el ministro Mesa, se estima que el desarrollo del hidrógeno le permitirá al país la reducción de entre 2,5 y 3 MMt de CO2 en la siguiente década, lo que contribuirá al cumplimiento de las metas de la COP21. Todo esto, con inversiones cercanas a los US$ 5.500 MM y la creación de entre 7.000 y 15.000 empleos.
Por su parte, el presidente Iván Duque estimó que nuestro país será un exportador de H2 verde:
“La visión de una Colombia de hidrógeno verde está en marcha, en el país conviven los sectores energéticos con innovación aplicada al sector; hoy, en el país se puso en marcha la revolución del hidrógeno verde, para el 2030 Colombia será el primer exportador de hidrógeno de América Latina y el Caribe”.
Fuente: <https://www.eltiempo.com/economia/sectores/hidrogeno-verde-inauguran-primeros-pilotos-de-generacion-659552>.
Recientemente, los ministerios de Minas y Energía y de Transporte firmaron un memorando de entendimiento con el puerto de Róterdam para crear un corredor de exportación de hidrógeno bajo en carbono entre Colombia y los Países Bajos.
