Las fugas de hidrógeno amenazan la descarbonización de la industria química, pero eso no es motivo para abandonar los esfuerzos por pasar de los combustibles fósiles al hidrógeno.
La industria química necesita el hidrógeno para reducir su dependencia de los combustibles fósiles, un paso importante por dos razones:
- Para seguir siendo económicamente sostenible a largo plazo
- Para acercarse al objetivo de la neutralidad de carbono
Ventajas (y desventajas) del hidrógeno
De todos los combustibles alternativos, el hidrógeno es el mejor posicionado para sustituir a los hidrocarburos como fuente de energía y como materia prima en la producción de productos químicos. Cuando el hidrógeno es el combustible, el único subproducto es el agua (después de todo, hidrógeno significa «formador de agua»), a diferencia del dióxido de carbono y otros gases de efecto invernadero que se emiten como resultado de la combustión de petróleo o gas. El H2 verde es una solución aún más ecológica, ya que se produce por electrólisis utilizando fuentes de energía renovables como el viento, la luz solar y las mareas. Por estas razones, cada vez más expertos en producción química ven en el H2 un rayo de esperanza para descarbonizar una industria que muchos creían dependiente para siempre del petróleo.
Los gobiernos de todo el mundo también están tomando nota de este potencial. Hasta junio de 2022, Estados Unidos, Alemania y otras potencias económicas han publicado más de 30 estrategias para reforzar las iniciativas en torno a la producción, el uso y la distribución de hidrógeno. Estos avances mundiales apuntan a una tendencia clara: la importancia y, por tanto, el consumo de H2 aumentarán significativamente en un futuro próximo. Los analistas energéticos de PwC, por ejemplo, prevén que el volumen se multiplique por siete de aquí a 2050.
Sin embargo, el hidrógeno no está exento de riesgos climáticos. Aunque el H2 no es un gas de efecto invernadero como tal, prolonga la vida útil del metano atmosférico, que sí es un GHG, al reaccionar con los radicales hidroxilo (OH) que destruyen esas moléculas orgánicas. Menos radicales hidroxilo significa que el metano permanece más tiempo en la atmósfera. El hidrógeno también aumenta la concentración de vapor de agua, que almacena energía y hace que el planeta se caliente aún más. Así pues, las emisiones fugitivas de H2 borrarán o incluso invertirán cualquier avance hacia la neutralidad del carbono.
Para evitar las emisiones fugitivas de H2, es esencial contar con una infraestructura completa y basada en las necesidades en toda la cadena de valor del hidrógeno, así como con controles estrictos y continuos en las áreas de producción química, almacenamiento y transporte. La tecnología de medición puede marcar una enorme diferencia a la hora de minimizar las fugas de hidrógeno y ayudar a la industria a avanzar hacia una mayor sostenibilidad, tanto medioambiental como económica.
Net Zero en la industria química: objetivos y obstáculos
Tal y como señalan los responsables políticos y los líderes industriales de todo el mundo, el objetivo de aumentar el uso del hidrógeno es claro: cero neto. El objetivo final es la completa neutralidad climática en todos los ámbitos y prácticas. Como la mayor economía del mundo y el segundo mayor emisor (después de China), Estados Unidos anunció el objetivo de reducir a la mitad las emisiones de gases de efecto invernadero del país para 2030, y llegar a cero neto en 2050. El sector privado estadounidense desempeña un papel fundamental en esta audaz medida y ha hecho sus propias promesas para cumplir estos objetivos para 2030 y 2050, o incluso antes.
El Parlamento Europeo también votó el 14 de marzo de 2023 elevar el listón de reducción de gases de efecto invernadero para 2030 del 30% al 40% respecto a los niveles de 2005.
En España la “Hoja de Ruta del Hidrógeno» representa una apuesta por el hidrógeno renovable. Con esta planificación, el Gobierno impulsa el despliegue de este vector energético sostenible, que será clave para que España alcance la neutralidad climática, con un sistema eléctrico 100% renovable, no más tarde de 2050. El desarrollo del hidrógeno renovable incentivará la creación de cadenas de valor industrial innovadoras en el país, el conocimiento tecnológico y la generación de empleo sostenible, contribuyendo a la reactivación hacía una economía verde de alto valor añadido.
Para que este plan tenga éxito, el sector químico tendrá que hacer una contribución significativa. Después de todo, la producción química es una de las principales fuentes de emisiones industriales, e incluso la producción del tan necesario hidrógeno supuso unas 900 megatoneladas de CO2 en todo el mundo en 2020. Tres realidades obstaculizan la descarbonización de la industria química:
- La actual dependencia de las materias primas derivadas del petróleo
- El balance negativo de CO2 de los distintos productos
- La elevada demanda energética de muchos procesos químicos
Sin embargo, no se trata de obstáculos insuperables. De hecho, la industria avanza con paso firme hacia su superación. Por ejemplo, es posible pasar a las energías renovables para los procesos básicos de la producción de amoníaco y metanol. Esto incluye el uso de H2 verde como sustituto del reformado con vapor de metano.
En teoría, la industria puede resolver los problemas que obstaculizan el camino hacia la neutralidad climática. En la práctica, la aplicación de estas soluciones requiere determinación y no pocos dólares. Un informe de Accenture calcula que el sector químico mundial tendrá que aumentar sus inversiones en más de 12.000 millones de dólares al año durante las próximas tres décadas. La ventaja es una huella de carbono cada vez menor y más oportunidades de crecimiento.
En resumen, la descarbonización de esta industria es crucial y difícil, pero factible. El esfuerzo requerirá una inversión significativa de los sectores público y privado mientras las partes trabajan juntas para construir la infraestructura de hidrógeno necesaria para avanzar hacia un futuro sin emisiones.
Requisitos de la infraestructura del hidrógeno: hoy y en el futuro
Los analistas energéticos prevén que el consumo de hidrógeno se multiplique por siete a largo plazo, pero la actual infraestructura del hidrógeno no puede satisfacer esta demanda. Para garantizar que la industria química disponga de hidrógeno fiable, seguro y respetuoso con el clima en el futuro, ahora es el momento de crear y ampliar la infraestructura necesaria.
Acción gubernamental, local y mundial
En Estados Unidos ya se están produciendo avances en este frente. La Ley de Inversión en Infraestructuras y Empleo (IIJA, por sus siglas en inglés), promulgada en noviembre de 2021, incluye 8.000 millones de dólares destinados al Departamento de Energía (DOE) para centros de hidrógeno limpio (H2Hubs) en todo el país. Las solicitudes para 7.000 millones de esa financiación se abrieron en septiembre de 2022. La Estrategia Nacional de Hidrógeno Limpio y la Hoja de Ruta del DOE describen tres estrategias para utilizar el hidrógeno como herramienta de descarbonización:
- Centrarse en usos estratégicos y de alto impacto para el hidrógeno limpio
- Reducción del coste del hidrógeno limpio
- Centrarse en las redes regionales
Este plan, entre otras acciones, proporciona un marco estratégico para investigar, desarrollar y promover el transporte y almacenamiento de hidrógeno en diversas partes de la economía. La posterior Ley de Reducción de la Inflación de agosto de 2022 incluye un crédito fiscal para los productores de hidrógeno limpio.
Por supuesto, Estados Unidos no es el único país que promueve una economía limpia del hidrógeno. El Gobierno alemán, por ejemplo, financia 62 iniciativas de hidrógeno dentro del programa de la UE «Proyectos Importantes de Interés Común Europeo» (IPCEI), que se centra en la distribución de H2. Se ha destinado un total de 8.000 millones de euros a grandes proyectos de hidrógeno seleccionados en los que las industrias siderúrgica y química desempeñan un papel fundamental.
Retos de infraestructura para la industria química
Los responsables políticos han actuado -y seguirán haciéndolo- para permitir la distribución y el almacenamiento de hidrógeno en los volúmenes que se necesitarán en el futuro. También es importante crear un marco jurídico fiable y orientado al futuro que haga económicamente atractiva la expansión de las infraestructuras.
La industria química también tiene una tarea: construir una red de gasoductos dedicados al hidrógeno para transportar el gas. Los gasoductos de gas natural existentes no son lo bastante duraderos para distribuir hidrógeno. Cuando el H2 molecular se descompone en hidrógeno atómico, los iones penetran en la estructura reticular de los metales (permeación del hidrógeno), haciéndolos susceptibles de fragilización. Los metales que absorben hidrógeno son propensos a agrietarse.
Además, aunque el H2 mezclado con CH4 puede utilizarse como combustible, la industria química requiere hidrógeno de gran pureza si se quiere utilizar el gas como materia prima.
Como alternativa al desarrollo intensivo en recursos de una infraestructura nacional de H2, algunos han propuesto que las plantas químicas cercanas a ríos, lagos y océanos produzcan hidrógeno in situ mediante electrólisis. Esto, sin embargo, no es una verdadera solución al problema de las fugas, ya que una de las ventajas del hidrógeno es que puede almacenarse durante mucho más tiempo que la electricidad, lo que significa que esos tanques y recipientes también son propensos a la fragilización por hidrógeno. Por consiguiente, evitar las fugas es una prioridad absoluta en cualquier proyecto de H2.
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