Sin embargo, gran parte de estas inversiones están dirigidas precisamente a garantizar que el hidrógeno pueda ser una alternativa real. A pesar de sus teóricas ventajas y potencial, se trata de una industria que todavía presenta, junto a muchas oportunidades, grandes retos a lo largo de las distintas etapas que componen su cadena de valor.
El impulso de las renovables acelerará la producción de hidrógeno
Como explicamos en entradas anteriores de nuestro blog, la electrólisis constituye hoy en día la vía de producción más sostenible y desarrollada para la obtención del hidrógeno. Se trata además del sistema que mayor pureza de H2 permite obtener (casi 100%), lo que le otorga un alto valor al ofrecer mejores resultados para explotar posteriormente. Todo ello, con nulo impacto en el medio ambiente, ya que es un proceso no tóxico para su entorno.
Actualmente, existen tres categorías o rutas diferentes que se están desarrollando conjuntamente para impulsar la producción de hidrógeno a través de la electrólisis.
Estas rutas, de más a menos desarrollo, son la electrólisis alcalina (AWE), la electrólisis con membrana de intercambio de protones yh hjb(PEM) y la electrólisis de óxido sólido de alta temperatura (SOEC).
A pesar de que cada una de ellas presentan sus propias fortalezas y áreas de mejora, lo que sí tienen en común es el gran reto al que se enfrenta a día de hoy la industria: la necesidad de reducir el actual coste de producción que implica la obtención del hidrógeno por cualquiera de estas tres vías.
Según estimaciones del Departamento de Energía de EEUU, el coste de producción del hidrógeno debería situarse en menos de 2 dólares por kilogramo (casi 1,8 euros) para poder ser competitivo en cualquiera de sus aplicaciones.
Sin embargo, se trata de una meta que todavía parece lejana, si nos atenemos a las cifras presentadas por la Agencia Internacional de la Energía en su informe de 2019, donde se observa que todavía ningún país o región ha logrado alcanzar esta cifra (que se sitúa, según el mismo informe, en torno a los 3 dólares). Ahora bien, la lógica hace pensar que en los próximos años se comience a producir una reducción de esta cifra, al disminuir el coste de las energías renovables que se emplearán para la producción del hidrógeno, lo que conllevará una sustancial reducción del opex de estos procesos.
Además, organizaciones que están apostando por el hidrógeno como la Agencia Internacional de la Energía Renovable o la propia Organización de Naciones Unidas han definido diferentes estrategias con las que tratar de complementar estas previsiones con otras vías de reducción de este coste de producción. Todas ellas parecen apalancar este abaratamiento, además de en el uso de renovables más baratas, en el desarrollo de economías de escala, buscando, así, aumentar el nivel de producción a grandes volúmenes que reduzcan el coste por kilogramo producido.
De ahí que estén comenzando a surgir en la actualidad plataformas como “Green Hydrogen Catapult”, que constituyen redes de colaboración entre empresas como Iberdrola, Yara o Envision con el objetivo de aumentar los niveles de producción actuales permitiendo una reducción del coste medio.
Este tipo de iniciativas, unidas al referido abaratamiento de las fuentes de energía, serán las grandes palancas sobre las que se sustente la paulatina implementación de la industria de electrolizadores.
Igualmente, otras posibles vías de abaratamiento identificadas son la mejora en la eficiencia del proceso de electrólisis (reduciéndose así las pérdidas de energía que se dan hoy en día) y la adaptación de las tecnologías de generación al uso o aplicación concreta en las que se busca que sea empleado el hidrógeno obtenido. Todo ello con el objetivo de lograr hidrógeno de una forma cada vez más barata, que constituye actualmente la principal vía para acelerar la transición energética de los próximos años.
La necesidad de desarrollar infraestructuras de almacenamiento y distribución
Una vez obtenido el hidrógeno, las siguientes etapas de la cadena de valor son su almacenamiento y distribución de cara a emplearse cuándo y dónde se desee.
Debido a la baja densidad del hidrógeno, su acopio exige grandes volúmenes y está asociado a altas presiones y bajas temperaturas. Esto supone un reto tanto para las infraestructuras de almacenamiento como para el transporte, ya que se precisa de métodos generalmente costosos y de gran capacidad.
Por ejemplo, para lograr que el hidrógeno se convierta en algo tan omnipresente como lo es el gas natural hoy en día, es necesario un enorme programa coordinado de mejora y construcción de infraestructuras y redes. Esta mejora permitiría aprovechar entre otras cosas su fluidez, ya que el hidrógeno es capaz de fluir casi tres veces más rápido que el metano por tuberías, lo que lo convierte en una opción rentable para el transporte a gran escala.
En este sentido, iniciativas como la “European Hydrogen Backbone” están trabajando ya en el desarrollo de estos sistemas, que permitirían crear gradualmente (a medida que el hidrógeno se vaya popularizando en su producción y uso) una red troncal de gasoductos que conecten los “valles de hidrógeno” (centros de suministro y demanda de hidrógeno) entre sí. Según distintas previsiones, estas redes podrán alcanzar una longitud de 6.800 km en 2030 y de 23.000 km en 2040.
A medida que estas redes se vayan integrando en el sistema energético, se espera que con ello se pueda contrarrestar el alto coste que otras alternativas de transporte por carretera o barco pueden suponer.
Actualmente, este último problema y la falta todavía de infraestructuras es lo que está provocando que algunas compañías planteen modelos alternativos para reducir el impacto de esta cuestión. Por ejemplo, es un factor crítico poder garantizar el desarrollo de estaciones de repostaje en el futuro para vehículos propulsados por hidrógeno.
Así empresas como Standard Hydrogen están trabajando en modelos de repostaje donde la estación combina la fase de generación de hidrógeno con el repostaje posterior. Para ello, se han asociado con la energética National Grid, quien se encargará de gestionar estas instalaciones y la generación a través de un sistema modular compacto que incluye una celda estacionaria generadora de energía. A cambio, la compañía eléctrica podrá utilizar la energía generada en caso de picos de demanda, con el objetivo así de rentabilizar la inversión en sus primeros años de vida y compatibilizar con la creciente demanda de vehículos impulsados por hidrógeno.
En todo caso, de nuevo puede observarse cómo el desarrollo de economías de escala, que garanticen volumen, eficiencia y rentabilidad en el desarrollo de estas infraestructuras, juegan un papel primordial en lograr superar los desafíos planteados por esta industria.
Las aplicaciones basadas en hidrógeno, claves para la transición energética
Finalmente, encontramos la etapa de usos, donde el objetivo es aprovechar las ventajas que ofrece el hidrógeno en aplicaciones como la estacionaria o el transporte. Aquí es donde entran en juego las conocidas como “pilas de combustible”, dispositivos que permiten transformar la energía química (hidrógeno) en energía eléctrica.
Aunque existen diferentes tecnologías asociadas a estas pilas, dos son las alternativas que mejores resultados y mayor potencial han mostrado hasta la fecha.
Por un lado, están las pilas de membrana de intercambio de protones (también conocidas como PEMFC), que cuentan entre sus ventajas con su capacidad de operación a baja temperatura, su alta densidad de corriente y potencia, su flexibilidad y el hecho de ser un medio compacto para la generación de energía.
Por otro, se encuentran las pilas de óxido sólido (SOFC), que reciben su nombre por el uso de un material de óxido sólido como electrolito. En este caso, su alta eficiencia y su alta densidad suponen dos grandes fortalezas que la posicionan como una potencial alternativa en el futuro.
Tanto unas como otras pueden permitir, en sectores como el del automóvil, la proliferación de vehículos sin emisiones, de gran autonomía (se estima que un kilo de hidrógeno permite recorrer unos 100 km) y además con la ventaja de contar con un rápido repostaje (algo que a día de hoy supone una fortaleza respecto a otras alternativas “limpias” como el coche eléctrico).
Sin embargo, de nuevo el coste plantea un reto a superar en los próximos años para lograr su mayor adopción. Exigen de una producción a gran escala (en este caso, de la propia pila de combustible) para lograr niveles de rentabilidad que hagan atractiva la adopción de estas tecnologías. Sin embargo, se espera que el abaratamiento del resto de la cadena de valor y su impacto en esta etapa permitirá ir reduciendo poco a poco este aspecto.
Junto a ello, también se está trabajando en mejorar su seguridad, debido a las temperaturas de operación que pueden llegar a alcanzar este tipo de tecnologías.
Ahora bien, la eficiencia obtenida por ambas alternativas supone el gran reto a superar para poder popularizar la utilización de estas tecnologías. Es el caso, por ejemplo, de los vehículos propulsados por este medio, que pierden la partida frente a futuras alternativas como las baterías.
Así, según un análisis realizado por la Federación Europea de Transporte y Medio Ambiente, la eficiencia de los vehículos eléctricos hoy en día es casi 50 puntos porcentuales mayor que los coches con pila de combustible (77% y 29% respectivamente). Es decir, con la energía primaria necesaria para mover un vehículo propulsado por hidrógeno se podrían desplazar más de 2 coches a baterías.
A pesar de estos resultados presentes, se espera que en los próximos años la eficiencia del hidrógeno como combustible aumente gracias a los avances y apuesta que están haciendo compañías como Hyundai o Toyota, que ya están trabajando en aumentar sus flotas de coches con pila de hidrógeno para los próximos años.
