Michael Liebreich, traducción de su artículo del 12-12-22 para BloombergNEF
Hace dos años, BloombergNEF publicó mi manual de dos partes sobre hidrógeno, Separating Hype from Hydrogen. Por el lado de la oferta, era optimista: el hidrógeno verde (producido a partir de energía renovable) con el tiempo sería más barato que el hidrógeno azul (producido a partir de gas natural pero con carbono capturado) y, finalmente, más barato que el hidrógeno gris (producido a partir de gas natural sin captura de carbono). Todos los Boletines ASEPA editados enwww.asepa.es
Por el lado de la demanda, era más escéptico. Si bien se necesitará hidrógeno limpio para descarbonizar una serie de casos de uso en la industria, y tal vez para el almacenamiento de larga duración, me resultó difícil identificar cualquier papel para él en aplicaciones como el transporte terrestre o la calefacción de espacios. Desde entonces, a medida que he trabajado más en el calor industrial, incluso he llegado a creer que tiene un papel limitado incluso allí.
Si mi intención en ese momento era inyectar algo de realidad en las discusiones sobre el hidrógeno, claramente fracasé. La retórica en torno al hidrógeno se ha vuelto cada vez más exagerada.
Según el grupo de presión Hydrogen Council, citando una serie de informes encargados a McKinsey en los últimos tres años, se puede esperar que el hidrógeno contribuya con más del 20% de las reducciones de emisiones necesarias para que el mundo alcance emisiones netas cero, una cifra repetida por políticos y periodistas aparentemente sin el más mínimo examen crítico.
El canciller alemán, Olaf Scholz, llamó al hidrógeno “el gas del futuro” y prometió “un gran auge”. El primer ministro de Japón, Fumio Kishida, ha declarado que “cambiar y desarrollar una sociedad del hidrógeno es fundamental para lograr la descarbonización”. Frans Timmermans, vicepresidente ejecutivo de la UE para el Pacto Verde Europeo, cree que “el hidrógeno es increíble”. Jacob Rees Mogg, brevemente Secretario de Estado de Energía del Reino Unido este año, llamó al hidrógeno “la bala de plata”.
El dinero público está empezando a fluir. La UE ha aprobado los primeros 13.000 millones de euros de los 430.000 millones de euros prometidos en virtud de su ‘Estrategia de Hidrógeno 2020’ y ahora está trabajando para lanzar un ‘Banco de Hidrógeno’. La Ley de Reducción de la Inflación de los Estados Unidos (IRA) proporciona un reembolso de impuestos de diez años por kilogramo de hidrógeno verde por valor de $ 3, que pronto será más que el costo de producción en sí. ¿Alguien libera hidrógeno?
De suprema importancia
En octubre de este año, el Consejo del Hidrógeno y McKinsey publicaron otro informe titulado Flujos globales de hidrógeno, que predice el transporte a larga distancia de 400 millones de toneladas de hidrógeno limpio y sus derivados (calculados sobre una base de contenido de hidrógeno) para 2050, de la producción mundial total de 660 millones de toneladas de hidrógeno. Vale la pena tener en cuenta que hoy en día, se utilizan 94 millones de toneladas de hidrógeno al año, prácticamente todas ellas fabricadas a partir de combustibles fósiles, creando el 2,3% de las emisiones globales. La gran mayoría del hidrógeno actual nunca abandona el compuesto en el que está hecho, y mucho menos cruza una frontera internacional.
La idea de las importaciones de hidrógeno como una forma de descarbonizar las principales economías industrializadas es enormemente seductora, tanto que Alemania y Japón la han convertido en el centro de sus estrategias de descarbonización. Aquí está el primer ministro japonés Kishida nuevamente: “Japón apunta a comercializar una cadena internacional de suministro de hidrógeno produciendo hidrógeno a granel a bajo costo en países bendecidos con abundantes recursos de energía renovable junto con infraestructura de transporte marino”.
El canciller Scholz está promoviendo las importaciones de hidrógeno no solo como una forma de descarbonizar la economía alemana, sino como un reemplazo para el gas ruso. En agosto, él y el primer ministro canadiense, Justin Trudeau, volaron a Terranova y Labrador para firmar un acuerdo para “crear una cadena de suministro transatlántica para el hidrógeno mucho antes de 2030, con las primeras entregas apuntando a 2025”. Mientras escribo esto, el ministro de Economía alemán, Robert Habeck, está en un viaje de cinco días a Namibia y Sudáfrica para asegurar el suministro de hidrógeno.
El problema con esta visión de las importaciones a gran escala de hidrógeno es que es poco probable que la física del hidrógeno juegue a la pelota.
La insoportable levedad del hidrógeno
En febrero de este año, Suiso Frontier de Kawasaki Heavy Industries llegó a Kobe, Japón, con el primer cargamento de hidrógeno líquido del mundo desde Australia. ¿Anunció esta ocasión trascendental el comienzo de un nuevo mundo valiente de comercio de hidrógeno líquido, como sugirió la cobertura de la prensa? En una palabra, no.
Reservar el costo del proyecto por 500 millones de dólares australianos (334 millones de dólares); dejar de lado el hecho de que la mayor parte del hidrógeno a bordo del Suiso Frontier estaba hecho de carbón; y dejar de lado el fuego que se desató a bordo mientras cargaba. Los 1.250 metros cúbicos de hidrógeno transportados por el Suiso Frontier contenían solo el 0,2% del contenido energético de un solo gran transportista de GNL. De acuerdo, la primera carga de GNL, transportada hace 63 años desde el río Calcasieu en el Golfo de Louisiana hasta el Reino Unido, consistió en un picayune similar de 2.475 toneladas. ¿Seguramente el hidrógeno líquido se puede ampliar de la misma manera que lo ha sido el GNL? Kawasaki Heavy Industries, constructora de la Suiso Frontier, afirma que ya ha alineado el primer pedido de un portaaviones mucho más grande de 160.000 m3 de Nippon Kaiji Kyokai.
Aquí es donde interviene la física del hidrógeno líquido. Aunque el buque a escala transportaría el 60% del volumen de un Q-Max de GNL, transportaría solo el 22% de la energía.
El hidrógeno tiene muy buena densidad de energía gravimétrica: la cantidad de energía transportada por unidad de peso. En esta medida, el hidrógeno supera al diésel, la gasolina y el combustible para aviones por un factor de alrededor de tres, y el GNL por un factor de 2,7, por lo que es un gran combustible para cohetes. Sin embargo, tiene una densidad de energía volumétrica muy pobre, la cantidad de energía transportada por unidad de volumen. Vale la pena recordar que mientras un metro cúbico de agua pesa 1.000 kilogramos, un metro cúbico de hidrógeno pesa sólo 71 kilogramos.
Sobre una base volumétrica, la densidad de energía del hidrógeno es una cuarta parte de la del combustible para aviones, y solo el 40% de la del GNL. Dado que los barcos tienen un volumen limitado (piense en el Canal de Suez, el Canal de Panamá, etc.), esto inevitablemente significa más viajes. Incluso si Kawasaki Heavy Industries escalara su transportador de hidrógeno al mismo tamaño que un Q-Max, necesitaría hacer 2,5 entregas para transportar la misma cantidad de energía que una carga de GNL. No necesita saber nada sobre el envío para saber que 2,5 veces los viajes le costarán 2,5 veces más.
Pero esto es solo el comienzo. Un portador de hidrógeno líquido será inevitablemente más caro que un portador de GNL. Su carga será de -253C en lugar de -162C, y todas las tuberías, válvulas, bombas y tanques tienen que resistir la fragilización por hidrógeno. Y debido a que el hidrógeno líquido es más frío y liviano que el GNL, el barco de hidrógeno líquido tendría hasta nueve veces más ebullición en ruta (estos barcos dejan que parte de la carga hierva a medida que el calor ingresa a los tanques, y luego lo usan como combustible para sus motores), a menos que agregue mucho más aislamiento o un complejo sistema de reciclaje criogénico.
En general, sería prudente suponer que el segmento marítimo de su comercio de hidrógeno costará alrededor de cuatro veces el costo del GNL por unidad de energía.
Es la física, estúpido
Pero eso solo se ocupa del segmento marítimo. Todavía tenemos que hablar de licuefacción y regasificación.
Licuar hidrógeno es un proceso enormemente hambriento de energía, complejo por las peculiaridades de la física del hidrógeno, cosas como su efecto negativo Joule-Thomson (a diferencia de la mayoría de los gases, el hidrógeno se calienta cuando se expande y se enfría cuando se comprime) y la conversión de isómeros orto-para (sin la cual el hidrógeno líquido se vuelve a evaporar, independientemente del aislamiento). La licuefacción del hidrógeno consume actualmente el 30-40% de su contenido energético, frente a no más del 10% para el GNL. Se están investigando formas de mejorar esto, pero nada puede cambiar el hecho de que licuar hidrógeno es, simplemente, un oso.
En cuanto a la regasificación, nuevamente las plantas serán más caras que para el GNL. Necesitan operar a temperaturas más bajas; todas las válvulas, bombas, tuberías y tanques tienen que resistir la fragilidad; Y los compresores tienen que ser de mayor capacidad porque presurizar gas hidrógeno requiere más trabajo que presurizar gas natural. Los políticos europeos, que luchan por construir nuevas terminales para recibir GNL en reemplazo del gas ruso, sugieren que estas terminales serán reutilizadas para recibir hidrógeno o sus derivados. Esto es una tontería. Puede reutilizar los muelles y la infraestructura, y cualquier tubería de distribución se puede actualizar, pero el 70% de todo lo demás debe desecharse.
En resumen, mientras que el GNL duplica aproximadamente el costo del gas entregado por gasoducto, el envío de hidrógeno líquido costará de cuatro a seis veces más que el GNL. En otras palabras, no se puede impulsar una economía con hidrógeno líquido importado, y eso no se debe a cosas que se pueden arreglar (escala, tecnología, costo de capital, etc.), sino a la física subyacente: densidad volumétrica, temperatura de licuefacción e interacciones con otros materiales.
¡Es un gas, gas, gas!
Si la importación de hidrógeno en forma líquida está fuera, ¿qué pasa con la importación de hidrógeno como gas?
Aquí, las cosas se ven mucho mejor. El hidrógeno gaseoso ya se transporta por tuberías: todas las tuberías, bombas, válvulas y tanques deben diseñarse adecuadamente, pero la economía no es terrible. Igual de bien, dado el volumen de hidrógeno que vamos a necesitar en los ‘centros de hidrógeno’ industriales para usos industriales y para proporcionar energía de respaldo de larga duración.
Simplemente reemplazar la producción actual de hidrógeno gris y negro crearía una demanda de 94 millones de toneladas de hidrógeno limpio. Las importaciones de oleoductos están bien situadas para satisfacer una proporción decente de esto.
Hay, sin embargo, una advertencia. El gasoducto de gas natural más largo del mundo (excluyendo las ramas laterales) es el Gasoducto de Unificación Nacional de Brasil (GASUN), de poco menos de 5.000 kilómetros de largo. En su informe sobre el comercio de hidrógeno, McKinsey y el Consejo del Hidrógeno predicen 40 ‘rutas comerciales’ de hidrógeno que conectan el mundo. Los que sirven a Europa por oleoducto desde Noruega, el norte de África y el Golfo son ciertamente factibles (el de Rusia está claramente fuera de las tarjetas durante décadas). Sin embargo, ninguna de las rutas comerciales más largas que unen la costa oeste de los Estados Unidos con Asia, la costa este de los Estados Unidos con Europa o el Golfo, África o Australia con Asia es probable que lleven un solo metro cúbico de hidrógeno gaseoso.
Hay algunas compañías que proponen transportar gas de hidrógeno comprimido por barco. Esto les permitiría evitar el costo y la complejidad de la licuefacción, pero los expondría a los mismos problemas de menor densidad de energía volumétrica, solo que más. Provaris Energy ha diseñado un barco que transporta gas hidrógeno a 250 bar. Pero esto se traduce en solo 25 kilogramos de hidrógeno por metro cúbico, poco más de un tercio de la densidad volumétrica muy pobre del hidrógeno líquido. Escalado al tamaño de un Q-Max, su nave transportaría alrededor de una séptima parte de la energía. Siete barcos para hacer el trabajo de uno, puedes imaginar lo que eso hace a los costos.
Puede haber algunas aplicaciones de nicho para el envío de hidrógeno gaseoso, por ejemplo, mover suministros varados entre islas, pero no va a suceder en más que cantidades homeopáticas.
Lo exótico
Hay otras formas de transportar hidrógeno más allá del líquido y el gas. Pasaremos a los derivados del hidrógeno en un momento, pero primero quiero tratar con los exóticos: portadores de hidrógeno orgánico líquido (LOHC) e hidruros metálicos. Aquí el objetivo es cargar hidrógeno en un portador químico o metálico, lo que permite transportarlo a temperatura y presión ambiente. A su llegada, el hidrógeno se libera y el portador regresa al punto de origen.
Un LOHC prometedor es el tolueno de bencilo, que se comercializa como una solución para el envío de hidrógeno por una compañía llamada Hydrogenious. Pero de nuevo tiene un problema de densidad volumétrica. Un metro cúbico de benciltolueno solo se puede cargar con 54 kilogramos de hidrógeno, lo que significa cuatro veces más viajes por cada carga de energía que con GNL. Además, la carga de hidrógeno en el disolvente orgánico es un proceso exotérmico, que genera calor donde no lo necesita, y luego necesita agregar energía a 300° C en el lugar de llegada para extraerlo, utilizando alrededor del 30% de la energía entregada.
Eso no quiere decir que los LOHC no sean interesantes: tal vez podrían encontrar un papel en el almacenamiento estacionario de larga duración: no en todas partes se requieren las cavernas de sal o los campos de gas agotados para almacenar hidrógeno gaseoso, pero cualquier granja cisterna podría manejar tolueno bencilo y puede haber opciones para almacenar y volver a aplicar el calor del proceso entre ciclos. Incluso puede haber un modesto mercado de importación para los LOHC, para reponer tanques de almacenamiento de larga duración.
Los hidruros metálicos ofrecen la esperanza de transportar hasta el doble de combustible por metro cúbico que el hidrógeno líquido, pero cada familia de hidruros estudiada hasta ahora ha mostrado desventajas: costo, densidad gravimétrica, tiempo de carga, capacidad de absorción, calor requerido para liberar el hidrógeno, etc. Sería un inversor valiente que pensara que íbamos a mover el hidrógeno a escala de esta manera, cuando 50 años de investigación no han dado como resultado una sola aplicación comercial.
Primeros derivados
A continuación, derivados del hidrógeno: e-metano, e-metanol. Estos son ciertamente más fáciles de transportar: reemplazos directos para sus equivalentes fósiles. Su problema es el alto costo de producción. Para cada uno de ellos se necesita una fuente de hidrógeno limpio, ya sea azul, verde, rosa o rojo (de la energía nuclear, cualquier código de color que utilice) o lo que sea, además de una fuente de carbono cercana, y luego es necesario combinarlos en moléculas de diversos grados de complejidad.
La fuente más barata de carbono se capturaría de la combustión de combustibles fósiles, pero eso no tendría sentido, ya que no sería compatible con el cero neto. Lo único que podría tener sentido sería usar la captura directa de aire (DAC) o asegurar el carbono de una fuente de base biológica, de modo que cuando se quema simplemente regrese a la atmósfera.
Un poco de pensamiento sistémico, sin embargo, muestra que incluso esto no tiene sentido. Tomemos como ejemplo el e-metano. Para cuando haya asumido el costo de asegurar su carbono, ¿por qué no simplemente secuestrarlo, en lugar de incurrir en costos adicionales para producir hidrógeno y combinarlos en su derivado? A continuación, podría entregar gas fósil simple al país importador, junto con un crédito de carbono si es necesario. Eso sería idéntico desde una perspectiva climática y mucho más barato.
El metanol puede y debe fabricarse en el futuro utilizando hidrógeno limpio. Parte de ella se fabricará donde el hidrógeno es barato y se exporta, pero solo para casos de uso en los que se consumirá como metanol. En 2022, la producción mundial de metanol fue de 110 millones de toneladas, pero ajustando los pesos molares, eso equivale a solo 14 millones de toneladas de hidrógeno. Si la demanda duplica y un tercio de eso se comercializa internacionalmente, solo se crearía un mercado de importación de 9 millones de toneladas por masa de hidrógeno. Eso apenas araña la superficie de los 400 millones de toneladas del Consejo del Hidrógeno.
El e-metanol también representa una vía potencial para descarbonizar el transporte marítimo, pero el amoníaco y los biocombustibles a base de desechos parecen ser más baratos. Incluso el uso de energía nuclear para los barcos más grandes del mundo probablemente sería más barato que el e-metanol. La demanda mundial de combustible para envíos hoy en día es de alrededor de 300 millones de toneladas por año. Supongamos, con optimismo, que la demanda aumenta en un 50% para 2050, que el 20% es reemplazado por metanol y un tercio de ese metanol se comercializa internacionalmente. Una vez que se ajusta la masa molar y el contenido de energía del metanol, eso solo crearía una demanda anual de otros 8 millones de toneladas de importaciones de hidrógeno. 5
e-combustibles
Algunos continúan promoviendo los e-combustibles como la solución para el transporte terrestre, particularmente en Alemania y Japón. Señalan el hecho de que tales combustibles no requieren cambios en el comportamiento del consumidor, destacan los millones de empleos que dependen del motor de combustión interna y afirman que desechar 1.400 millones de vehículos de combustión interna en las carreteras del mundo sería inasequible.
Sus argumentos no tienen mérito. Primero, esos 1.400 millones de vehículos serán desechados de todos modos antes de cualquier año que los países seleccionen para cero neto. En la mayoría de los casos, los vehículos eléctricos ya son competitivos en términos de costo total de propiedad con la gasolina y el diésel. Los e-combustibles, por el contrario, seguirán siendo de tres a cinco veces más caros en 2050, impulsados por su complejidad de producción y las pérdidas de eficiencia en cada etapa de producción. Sí, Porsche está construyendo un proyecto piloto en Chile para producir e-combustibles, pero el suyo no es exactamente una base de clientes consciente de los costos.
El hecho es que los trabajos asociados con la fabricación de motores de combustión interna desaparecerán de todos modos, la única pregunta es si se pierden en otras tecnologías o en China. En cuanto al cambio de comportamiento, a la mayoría de los usuarios de vehículos eléctricos les gusta el hecho de que pueden cargar en cualquier lugar, en vez de tener que visitar una estación de servicio cada semana.
Vuelos de fantasía
Es hora de profundizar en el uso potencial del hidrógeno en la aviación. Airbus ha dicho que “considera que el hidrógeno es una vía tecnológica importante para lograr nuestra ambición de llevar un avión comercial de cero emisiones al mercado para 2035”, y este mes, Rolls-Royce y EasyJet fueron noticia al probar un motor turbohélice con hidrógeno puro.
Resulta que hacer funcionar un motor de avión con hidrógeno no es la parte difícil: la Unión Soviética lo hizo en 1988, no en un banco de pruebas sino en el aire. Los verdaderos problemas son causados, una vez más, por la física del hidrógeno.
Con solo el 25% de la densidad de energía del queroseno, reemplazar la carga máxima de combustible de despegue para un avión de larga distancia requeriría más espacio que todo el volumen barrido de su fuselaje, un no arrancador. Para vuelos de corta distancia, el foco de interés de Easyjet, el tanque de combustible ocuparía alrededor de un tercio del fuselaje. Eso significa precios de boletos un 50% más altos que ahora, incluso antes de pagar los costos más altos del avión, el costo del hidrógeno líquido y el costo de su equipo de asistencia en tierra. En total, espere una duplicación o triplicación de los precios.
El verdadero obstáculo, sin embargo, es llevar el combustible al aeropuerto. Existen líneas de transferencia de hidrógeno líquido, pero no hay forma de mantener millas de tubería a -253ºC y manejar los problemas de seguridad de cualquier fuga potencial. Eso deja camiones cisterna o gasoductos.
Hagamos un experimento mental: intente reemplazar las 20.000 toneladas de combustible para aviones entregadas diariamente al aeropuerto de Heathrow con 7.200 toneladas de hidrógeno líquido. En un camión cisterna, eso significaría 2.300 movimientos diarios de hidrógeno líquido en el oeste de Londres. No vale la pena pensar en las implicaciones de seguridad y tráfico. Ahora la única opción es traer el hidrógeno por gasoducto y licuarlo en el sitio. Pero eso requeriría 2,7 GW de energía eléctrica, según el ingeniero y experto en amoníaco de la Universidad de Oxford, el Dr. Mike Mason, aproximadamente la producción de una nueva central nuclear del tamaño de Hinkley C, además de muchos pilones. Y luego necesitas descargar suficiente calor para elevar la temperatura del Támesis en 18 grados centígrados.
La conclusión es que el hidrógeno líquido tal vez podría terminar impulsando algunos aviones ejecutivos, la startup ZeroAvia ciertamente lo espera, pero no la aviación tal como la conocemos. El único papel sustancial para el hidrógeno en la aviación sería a través de la producción de e-combustibles. Estos son ciertamente técnicamente factibles (la compañía británica Zero Petroleum ya ha fabricado algunos), pero parecen ser al menos dos veces más caros que los combustibles de aviación sostenibles (SAF) basados en desechos agrícolas o forestales.
Si los volúmenes potenciales de SAF están limitados por la disponibilidad de materia prima, entonces existe una oportunidad de mercado para el hidrógeno en los combustibles de aviación, si no, no la hay. La demanda mundial de combustible de aviación fue de alrededor de 300 millones de toneladas en 2019, lo que se traduce en 46 millones de toneladas sobre una base de masa de hidrógeno. Si la demanda crece en un 50%, el 25% se satisface con e-jetfuel y un tercio de eso se envía internacionalmente, que solo genera 6 millones de toneladas de hidrógeno comercializado.
Amoniaco, amoniaco
Eso nos lleva, finalmente, al amoníaco, la última opción para aquellos que esperan desarrollar importaciones sustanciales de hidrógeno a larga distancia.
Cada año se producen alrededor de 190 millones de toneladas de amoníaco, principalmente para fertilizantes y como materia prima química, casi todo a partir de materias primas fósiles. Alrededor del 10% de la producción actual ya se comercializa internacionalmente, pero esto solo llega a alrededor de tres millones de toneladas por masa de hidrógeno.
El cambio a amoníaco limpio para la producción de fertilizantes sin duda impulsará un gran aumento en el hidrógeno comercializado. Donde hay tuberías, el hidrógeno se puede hacer donde la energía renovable es barata e importada en lugar del gas natural y se utiliza para producir amoníaco en el destino. Donde no hay tuberías, se producirá y enviará amoníaco verde o fertilizante terminado.
Supongamos que el mercado de fertilizantes crece a la mitad para 2050, todo se vuelve bajo en carbono y un tercio de él termina siendo enviado internacionalmente, eso aumentaría el comercio de amoníaco de 18 a 95 millones de toneladas por año, una gran cantidad de amoníaco. Esto será un alivio para aquellos que invierten en proyectos de amoníaco en Chile, Canadá, Namibia y Sudáfrica: su producción puede no encontrar mucho uso en el sector energético, pero al menos deberían tener acceso a un mercado muy sustancial. Sin embargo, es sólo 17 millones de toneladas sobre una base de masa de hidrógeno.
De vuelta al envío de combustibles. Dado que el amoníaco será más barato que el metanol, como se discutió, seamos optimistas y digamos que la mitad de los volúmenes descritos anteriormente se reemplazan con amoníaco, y un tercio de él se comercializa internacionalmente. Eso impulsaría 25 millones de toneladas adicionales de demanda por masa de hidrógeno.
La gran apuesta de Japón
Japón está apostando a que el amoníaco importado se utilizará para generar energía. Su plan nacional de descarbonización se basa en retener sus centrales eléctricas de carbón, pero alimentándolas con proporciones crecientes de amoníaco: primero 20%, luego 50%, luego 100% para 2050. Tan confiado está, y tan interesado en seguir vendiendo su tecnología internacionalmente, que está alentando a Vietnam y otros países del sudeste asiático a seguir construyendo centrales eléctricas de carbón. ¿Valdrá la pena la apuesta?
Veamos primero el amoníaco hecho de hidrógeno verde. Eso significa generar energía eólica y solar; usarlo para producir hidrógeno (80% de eficiencia); fabricación de amoníaco a través del proceso Haber-Bosch (70% de eficiencia); licuarlo (90% de eficiencia); envío (90% de eficiencia); y quemarlo para generar energía (45% de eficiencia). Su eficiencia de extremo a extremo será un 20% asombrosamente pobre. Aunque podría ser posible mejorar la eficiencia de cada etapa, la tiranía de múltiples pasos del proceso significa que su eficiencia de extremo a extremo es difícil de mover.
Lo que significa un 20% de eficiencia de extremo a extremo es que la energía resultante costará cinco veces más que la energía original, y eso es antes de contabilizar el capital invertido en todas esas etapas del proceso y el mantenimiento. Además, la combustión de amoníaco produce óxidos nitrosos, peligrosos para la salud y potentes gases de efecto invernadero por derecho propio.
Ahora, amoníaco del hidrógeno azul. Elimina la etapa de electrólisis, por lo que su eficiencia de extremo a extremo es un poco más alta al 26%, pero tiene el costo adicional de captura y secuestro de carbono, por lo que el costo de energía resultante será aproximadamente el mismo. La verdadera pregunta, sin embargo, es ¿por qué molestarse? ¿Por qué no simplemente enviar el gas natural a Japón en lugar de amoníaco: el GNL tiene 1,7 veces la densidad de energía volumétrica del amoníaco, por lo que necesita menos cargas? Luego capturas el CO2 en el otro extremo y lo secuestras o lo envías de vuelta al punto de origen en los mismos barcos. Tiene el mismo impacto climático, aproximadamente el mismo costo de captura y secuestro de carbono, pero una eficiencia significativamente mayor y menores costos de envío.
La conclusión para el amoníaco como combustible para la generación de energía, ya sea coalimentado o puro, es que ninguna economía puede ser competitiva internacionalmente en función de los precios de la energía resultantes. Mis estimaciones están en línea con el trabajo de modelado más detallado realizado por BloombergNEF: BloombergNEF descubrió que la energía 100% alimentada con amoníaco en Japón costaría alrededor de $ 260 por megavatio-hora en 2030 y $ 200 para 2050, aproximadamente el doble del costo de la energía renovable.
El hecho de que Japón pudiera generar grandes cantidades de energía renovable, en particular, energía eólica marina, a un costo mucho menor apunta al papel que el amoníaco limpio podría desempeñar en el sistema eléctrico del país: proporcionar respaldo. A Bill Gates le gusta citar a Vaclav Smil sobre los ciclones de tres días que azotaron Tokio casi todos los años, lo que cerraría la generación renovable y la dejaría sin 22 GW de energía. Se ríe de la idea de que las baterías podrían llenar el vacío resultante, y tiene razón al hacerlo. Sin embargo, la brecha es de solo 1.600 GWh, que podría generarse a partir de un millón de metros cúbicos de amoníaco, una cantidad que podría incluirse en solo cuatro portadores del tamaño Q-Max.
Por lo tanto, si bien basar la economía de Japón en la electricidad generada a partir de amoníaco importado es un fracaso económico, almacenar unos pocos millones de toneladas de amoníaco y usarlo para el almacenamiento de larga duración parece mucho más realista. 7
Conclusiones e implicaciones
Este ha sido un largo viaje y hemos cubierto mucho terreno. Quiero dejarles algunas conclusiones a modo de resumen.
La única forma de mover el hidrógeno económicamente es como gas, por tuberías. Olvídese del hidrógeno líquido: tendrá dificultades para encontrar algún papel en los futuros sistemas de energía o transporte debido a su pobre densidad de energía volumétrica y dificultades con el manejo. No tendrá ningún papel en absoluto como mercancía comercializada.
El amoníaco será comercializado y transportado, principalmente para su uso en la producción de fertilizantes, además de como combustible de envío. No se importará para alimentar la generación de energía a granel, sino que se importará y almacenará para ofrecer almacenamiento de larga duración. Algunos LOHC también pueden importarse, pero solo cuando se almacenan con fines de resiliencia.
El metanol limpio se fabricará cerca de fuentes de hidrógeno limpio barato y parte de él se enviará a todo el mundo para su uso como materia prima química. Los combustibles electrónicos, ya sean equivalentes de metanol, gasolina, diésel o queroseno, no se enviarán a todo el mundo en volúmenes significativos porque su costo limitará severamente su absorción, con la posible excepción de la aviación.
Sumando los diversos flujos futuros de comercio de hidrógeno cubiertos aquí, está claro que las cifras del Consejo del Hidrógeno/McKinsey de 660 millones de toneladas de producción de hidrógeno limpio y 400 millones de toneladas de transporte de larga distancia están fuera por un factor de al menos tres. Además, dado que China e India solo han prometido cero emisiones netas para 2060 y 2070 respectivamente, tales flujos que se materialicen tomarán décadas más allá de 2050.
Las implicaciones van mucho más allá de la cuestión del comercio internacional de hidrógeno y sus derivados. El costo prohibitivo de las importaciones a larga distancia significa que las industrias intensivas en energía inevitablemente migrarán a regiones con energía limpia barata. Es inconcebible que cualquier país importe mineral de hierro de Australia o Brasil, hidrógeno de Australia, el Golfo, Canadá o África, y fabrique acero a un costo competitivo a nivel mundial. El pensamiento mágico no será una defensa contra la desindustrialización.
Finalmente, vale la pena señalar que nada de esto pone en duda el hecho de que se requerirá hidrógeno limpio para descarbonizar ciertos sectores, lo que eventualmente creará más de 100 millones de toneladas por año de demanda. Así como la manía ferroviaria dejó al mundo con los ferrocarriles, la manía de la electricidad dejó al mundo con redes eléctricas, y la burbuja de las ‘puntocom’ dejó al mundo con fibra de banda ancha, la manía del hidrógeno dejará al mundo con mucho hidrógeno limpio.
La preocupación es que, en el camino, vamos a desperdiciar enormes cantidades de dinero en los casos de uso equivocados para el hidrógeno y la infraestructura incorrecta en los lugares equivocados. Peor que desperdiciar dinero, también perderemos el tiempo, y eso es lo único que no tenemos. Seamos inteligentes.
Michael Liebreich es el fundador y colaborador principal de BloombergNEF. También es CEO y presidente de Liebreich Associates, socio gerente fundador de EcoPragma Capital y asesor de la Junta de Comercio del Reino Unido.
Acerca de BloombergNEF
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Fuentes información e imágenes:
- https://about.bnef.com/blog/liebreich-the-unbearable-lightness-of-hydrogen/?utm_source=substack&utm_medium=email.
Fuente: http://www.asepa.es/
Antonio Mozas
Director de ASEPA (Asociación Española de Profesionales de Automoción)
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