Cómo la caída de los costos solares ha renovado las esperanzas de hidrógeno limpio

Planta de hidrógeno verde H2FUTURE de Voestalpine en Linz, Austria. Voestalpine

El mundo confía cada vez más en el combustible de hidrógeno verde para llenar algunas de las piezas críticas que faltan en el rompecabezas de la energía limpia.

El plan climático del candidato presidencial estadounidense Joe Biden exige un programa de investigación para producir una forma limpia del gas eso es lo suficientemente barato como para alimentar plantas de energía dentro de una década. Asimismo, Japón, Corea del Sur, Australia, Nueva Zelanda y la Unión Europea tener todas las hojas de ruta de hidrógeno publicadas que dependen de él para acelerar las reducciones de gases de efecto invernadero en los sectores de la energía, el transporte o la industria. Mientras tanto, un número creciente de empresas en todo el mundo están construyendo cada vez más grande plantas de hidrogeno verde , o explorando su potencial para producir acero , crear combustible de aviación neutro en carbono , o proporcionar una fuente de energía de respaldo para granjas de servidores .

La atracción es obvia: el hidrógeno, el elemento más abundante en el universo, podría alimentar nuestros vehículos, impulsar nuestras plantas eléctricas y proporcionar una forma de almacenar energía renovable sin bombear el dióxido de carbono que provoca el cambio climático u otros contaminantes (su único subproducto de automóviles y camiones es agua). Pero mientras los investigadores han pregonado la promesa de una economía de hidrógeno por décadas , apenas ha hecho mella en la demanda de combustibles fósiles, y casi todo todavía se produce a través de un proceso de contaminación por carbono que involucra gas natural.

La gran visión de la economía del hidrógeno se ha visto frenada por los altos costos de crear una versión limpia, las inversiones masivas en vehículos, máquinas y tuberías que podrían ser necesarias para ponerlo en uso, y el progreso en las alternativas de almacenamiento de energía de la competencia, como las baterías.

Entonces, ¿qué está impulsando el renovado interés?

Por un lado, la economía está cambiando rápidamente. Podemos producir hidrógeno directamente simplemente dividiendo el agua, en un proceso conocido como electrólisis, pero ha sido prohibitivamente costoso en gran parte porque requiere mucha electricidad. Sin embargo, a medida que el precio de la energía solar y eólica continúe disminuyendo rápidamente, comenzará a parecer mucho más factible.

Al mismo tiempo, a medida que más naciones hacen los cálculos difíciles sobre cómo lograr sus agresivos objetivos de emisiones en las próximas décadas, una forma verde de hidrógeno parece cada vez más crucial, dice Joan Ogden, directora del programa de vía de energía de transporte sostenible en la Universidad de California, Davis. Es una herramienta flexible que podría ayudar a limpiar una variedad de sectores en los que todavía no tenemos soluciones asequibles y listas, como aviación , Envío , producción de fertilizantes y almacenamiento de energía de larga duración para la red eléctrica.

Caída de los costes de las energías renovables

Sin embargo, por ahora, el hidrógeno limpio es demasiado caro en la mayoría de las situaciones. Un artículo reciente descubrió que depender de la energía solar para hacer funcionar los electrolizadores que dividen el agua puede correr seis veces más alto que el proceso de gas natural, conocido como reformado de metano con vapor.

Hay un montón de expertos en energía quienes sostienen que los costos adicionales y las complejidades de producir, almacenar y usar una versión limpia significa que nunca despegará más allá de los casos de uso marginales.

Pero la buena noticia es que la electricidad en sí representa una gran parte del costo (más del 60 % o más) y, nuevamente, los costos de las energías renovables están cayendo rápidamente. Mientras tanto, los costos de los propios electrolizadores se proyectan declinar abruptamente a medida que los fabricantes aumentan la producción , y se desarrollan varios grupos de investigación versiones avanzadas de la tecnología .

Un artículo de Nature Energy a principios del año pasado encontró que si las tendencias del mercado continúan, el hidrógeno verde podría ser económicamente competitivo a escala industrial dentro de una década . De manera similar, la Agencia Internacional de Energía proyecta que el costo de el hidrógeno limpio caerá un 30% para 2030 .

Planta de hidrógeno verde H2FUTURE de Voestalpine en Linz, Austria.

VOESTALPINA

Es posible que el hidrógeno verde ya sea casi asequible en algunos lugares donde los períodos de exceso de generación renovable reducen los costos de la electricidad a casi cero. En una nota de investigación del mes pasado, los analistas de Morgan Stanley escribieron que ubicar instalaciones de hidrógeno verde junto a los principales parques eólicos en el medio oeste de EE. UU. y Texas podría hacer que el costo del combustible sea competitivo dentro de dos años .

A estudio de junio del Laboratorio Nacional de Energía Renovable de EE. UU. descubrió que puede estar más cerca de mediados de siglo antes de que el hidrógeno sea la tecnología más asequible para el almacenamiento de larga duración en la red. Pero a medida que las energías renovables fluctuantes, como la solar y la eólica, se conviertan en la fuente dominante de electricidad, las empresas de servicios públicos deberán almacenar suficiente energía para mantener la red funcionando de manera confiable no solo durante unas pocas horas, sino durante días e incluso semanas durante ciertos meses cuando esos recursos decaen.

El hidrógeno brilla en ese escenario en comparación con otras tecnologías de almacenamiento, porque agregar capacidad es relativamente barato, dice Joshua Eichman, ingeniero de investigación sénior en el laboratorio y coautor del estudio. Para aumentar la cantidad de tiempo que las baterías pueden proporcionar electricidad de manera confiable, debe acumular más y más, multiplicando el costo de cada componente costoso dentro de ellas. Con hidrógeno, solo necesita construir un tanque más grande o usar una caverna subterránea más profunda, dice.

Uso del hidrógeno

Para que el hidrógeno reemplace completamente los combustibles que emiten carbono, necesitaríamos revisar nuestra infraestructura para distribuirlo, almacenarlo y usarlo. Tendríamos que producir vehículos y barcos con celdas de combustible que conviertan el hidrógeno en electricidad, así como estaciones de servicio a lo largo de puertos y carreteras. Y necesitaríamos apilar celdas de combustible o construir o modernizar centrales eléctricas para utilizar el combustible para alimentar la red directamente.

Todo lo cual requerirá mucho tiempo y dinero.

Pero hay otro escenario que elude, o retrasa, gran parte de esta revisión de infraestructura. Una vez que tiene hidrógeno, es relativamente simple combinarlo con monóxido de carbono para producir versiones sintéticas de los combustibles que ya alimentan nuestros automóviles, camiones, barcos y aviones. El proceso industrial para hacerlo tiene un siglo de antigüedad y ha sido utilizado en varias ocasiones por naciones con escasez de petróleo para fabricar combustibles a partir de carbón o gas natural.

Planta piloto de Carbon Engineering en Squamish, Columbia Británica.

INGENIERÍA DEL CARBONO

Carbon Engineering, con sede en Squamish, Columbia Británica, está desarrollando instalaciones que capturan dióxido de carbono del aire. La compañía planea combinarlo con hidrógeno libre de carbono para fabricar combustibles sintéticos. La idea es que el combustible sea neutro en carbono y no emita más dióxido de carbono del que se eliminó o produjo en el proceso.

en un presentación en una conferencia del Codex a fines del año pasado , el fundador de Carbon Engineering y profesor de Harvard, David Keith, dijo que la caída de los precios de la energía solar debería permitirles llevar aire a los combustibles al mercado por alrededor de $ 1 por litro (alrededor de $ 4 por galón) a mediados de la década de 2020, y que el precio continuará caer de ahí.

La gran noticia aquí es que esto podría hacerse pronto con hardware básico, dijo. Podría llegar a algo así como un millón de barriles por día de capacidad de hidrocarburos sintéticos de aire a combustible, creo, poco después de 2030, y después de eso no hay un límite de escala obvio.

En efecto, el proceso proporciona una manera de convertir la energía solar fugaz y fluctuante en combustibles almacenables permanentemente que pueden llenar los tanques de cualquiera de nuestras máquinas. Se trata de un camino de energía para... lidiar con el problema de la intermitencia y tratarlo de una manera que le permita satisfacer las necesidades de alta densidad de energía en todo el mundo; te permite volar aviones a través del Atlántico Norte, dijo Keith.

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