El hidrógeno verde (GH2 o GH 2 ) es hidrógeno producido por la electrólisis del agua , utilizando electricidad renovable . [1] [2] La producción de hidrógeno verde provoca emisiones de gases de efecto invernadero significativamente menores que la producción de hidrógeno gris , que se deriva de combustibles fósiles sin captura de carbono. [3]
El objetivo principal del hidrógeno verde es ayudar a limitar el calentamiento global a 1,5 °C, reducir la dependencia de los combustibles fósiles reemplazando el hidrógeno gris y proporcionar un conjunto ampliado de usos finales en sectores, subsectores y actividades económicos específicos. Estos usos finales pueden ser técnicamente difíciles de descarbonizar a través de otros medios, como la electrificación con energía renovable. Es probable que sus principales aplicaciones sean la industria pesada (por ejemplo, procesos de alta temperatura junto con la electricidad, materia prima para la producción de amoníaco verde y productos químicos orgánicos, como alternativa al coque derivado del carbón para la fabricación de acero), el transporte de larga distancia (por ejemplo, transporte marítimo, aviación y en menor medida , vehículos pesados ) y almacenamiento de energía a largo plazo. [4]
En 2021, el hidrógeno verde representó menos del 0,04% de la producción total de hidrógeno. [5] Su costo en relación con el hidrógeno derivado de combustibles fósiles es la razón principal por la que el hidrógeno verde tiene menos demanda. [6] Por ejemplo, el hidrógeno producido por electrólisis alimentado por energía solar era aproximadamente 25 veces más caro que el derivado de hidrocarburos en 2018. [7]
Más comúnmente, [8] el hidrógeno verde se define como hidrógeno producido por la electrólisis del agua , utilizando electricidad renovable . [1] [2] En este artículo, el término hidrógeno verde se utiliza con este significado.
Las definiciones precisas a veces añaden otros criterios. El Estándar global de Hidrógeno Verde define el hidrógeno verde como “hidrógeno producido a través de la electrólisis del agua con 100% o casi 100% de energía renovable con casi cero emisiones de gases de efecto invernadero”. [9] [10]
Una definición más amplia y menos utilizada [8] de hidrógeno verde también incluye el hidrógeno producido mediante otros métodos que producen emisiones relativamente bajas y cumplen otros criterios de sostenibilidad. Por ejemplo, estos métodos de producción pueden implicar energía nuclear o materias primas de biomasa . [8] [11] [12]
Existe la posibilidad de que el hidrógeno verde desempeñe un papel importante en la descarbonización de los sistemas energéticos donde existen desafíos y limitaciones para reemplazar los combustibles fósiles con el uso directo de electricidad.
El combustible de hidrógeno puede producir el intenso calor necesario para la producción industrial de acero, cemento, vidrio y productos químicos, contribuyendo así a la descarbonización de la industria junto con otras tecnologías, como los hornos de arco eléctrico para la fabricación de acero. [14] Sin embargo, es probable que desempeñe un papel más importante en el suministro de materia prima industrial para una producción más limpia de amoníaco y productos químicos orgánicos. [4] Por ejemplo, en la fabricación de acero , el hidrógeno podría funcionar como portador de energía limpia y también como catalizador con bajas emisiones de carbono en sustitución del coque derivado del carbón . [15]
Es probable que el hidrógeno utilizado para descarbonizar el transporte encuentre sus mayores aplicaciones en el transporte marítimo, la aviación y, en menor medida, en los vehículos pesados de mercancías , mediante el uso de combustibles sintéticos derivados del hidrógeno, como el amoníaco y el metanol , y la tecnología de pilas de combustible . [4] En el caso de los vehículos ligeros, incluidos los turismos, el hidrógeno está muy por detrás de otros vehículos de combustible alternativo , especialmente en comparación con la tasa de adopción de vehículos eléctricos de batería , y es posible que no desempeñe un papel significativo en el futuro. [dieciséis]
El hidrógeno verde también se puede utilizar para el almacenamiento de energía de red de larga duración , [17] [18] y para el almacenamiento de energía estacional de larga duración. [19] Se ha explorado como una alternativa a las baterías para el almacenamiento de energía de corta duración. [20] [ se necesita una mejor fuente ]
En 2022, el mercado mundial del hidrógeno estaba valorado en 155.000 millones de dólares y se esperaba que creciera a una tasa media ( CAGR ) del 9,3% entre 2023 y 2030. [21] De este mercado, el hidrógeno verde representaba alrededor de 4.200 millones de dólares (2,7%). . [22] Debido al mayor coste de producción, el hidrógeno verde representa una fracción menor del hidrógeno producido en comparación con su cuota de valor de mercado. La mayor parte del hidrógeno producido en 2020 provino de combustibles fósiles . El 99% provino de fuentes basadas en carbono. [23] La producción impulsada por electrólisis representa menos del 0,1% del total, [24] del cual sólo una parte se alimenta con electricidad renovable.
El elevado coste de producción actual es el principal factor que limita el uso de hidrógeno verde. Muchos consideran que un precio de 2 dólares el kilo es un posible punto de inflexión que haría que el hidrógeno verde fuera competitivo frente al hidrógeno gris. [25] [26] [27] Es más barato producir hidrógeno verde con un excedente de energía renovable que de otro modo se reduciría , lo que favorece a los electrolizadores capaces de responder a niveles de potencia bajos y variables (como los electrolizadores de membrana de intercambio de protones ). [28] : 5
El coste de los electrolizadores cayó un 60 % entre 2010 y 2022, [29] y se prevé que los costes de producción de hidrógeno verde caigan significativamente hasta 2030 y 2050, [28] : 26 reduciendo el coste del hidrógeno verde junto con la caída del coste de la energía renovable generación. [30] [31] : 28 Un análisis de Goldman Sachs observó en 2022, justo antes de la invasión rusa de Ucrania, que la “dinámica única en Europa con precios históricamente altos del gas y el carbono ya está conduciendo a una paridad de costos de H 2 verde con gris en partes clave de la región”, y anticipó que el hidrógeno verde a nivel mundial alcanzará la paridad de costos con el hidrógeno gris para 2030, antes si se impusiera un impuesto global al carbono sobre el hidrógeno gris. [32]
En 2021, la cartera de inversiones en hidrógeno verde se estimaba en 121 gigavatios de capacidad de electrolizadores en 136 proyectos en fases de planificación y desarrollo, por un total de más de 500 mil millones de dólares. [ dudoso ] [33] Si se construyeran todos los proyectos en tramitación, podrían representar el 10% de la producción de hidrógeno para 2030. [33] El mercado podría valer más de 1 billón de dólares al año para 2050, según Goldman Sachs. [34] Un analista del mercado energético sugirió a principios de 2021 que el precio del hidrógeno verde caería un 70% para 2031 en los países que tienen energía renovable barata . [35]
En 2020, el gobierno australiano aceleró la aprobación de la instalación de exportación de energía renovable planificada más grande del mundo en la región de Pilbara . En 2021, las empresas de energía anunciaron planes para construir un "valle de hidrógeno" en Nueva Gales del Sur a un costo de 2 mil millones de dólares para reemplazar la industria del carbón de la región. [36]
En julio de 2022, la Agencia Australiana de Energías Renovables (ARENA) había invertido 88 millones de dólares en 35 proyectos de hidrógeno que van desde investigación y desarrollo universitario hasta demostraciones únicas en su tipo. En 2022, se espera que ARENA cierre dos o tres de los primeros despliegues de electrolizadores a gran escala de Australia como parte de su ronda de despliegue de hidrógeno de 100 millones de dólares. [37]
El Proyecto Nujio'qonik de World Energy GH2 pretende ser el primer productor comercial de hidrógeno verde/amoniaco de Canadá creado a partir de tres gigavatios de energía eólica en la costa oeste de Terranova y Labrador, Canadá. Nujio'qonik es el nombre Mi'kmaw de Bay St. George, donde se propone el proyecto. Desde agosto de 2022, el proyecto se encuentra bajo evaluación ambiental [38] de acuerdo con las directrices regulatorias emitidas por el Gobierno de Terranova y Labrador. Se espera que el proyecto Nujio'qonik produzca el primer hidrógeno verde a finales de 2025 y comience la exportación internacional en 2026.
El objetivo de Chile de utilizar únicamente energía limpia para el año 2050 incluye el uso de hidrógeno verde. El Fondo de Inversión de la UE para América Latina y el Caribe proporcionó una subvención de 16,5 millones de euros y el BEI y el KfW están en proceso de proporcionar hasta 100 millones de euros cada uno para financiar proyectos de hidrógeno verde. [39] [40]
En 2022 , China era el líder del mercado mundial del hidrógeno con una producción de 33 millones de toneladas (un tercio de la producción mundial), utilizando principalmente combustibles fósiles. [41] A partir de 2021, varias empresas han formado alianzas para aumentar cincuenta veces la producción del combustible en los próximos seis años. [42]
Sinopec se proponía generar 500.000 toneladas de hidrógeno verde para 2025. [43] El hidrógeno generado a partir de energía eólica podría proporcionar una alternativa rentable para regiones dependientes del carbón como Mongolia Interior . [44] Como parte de los preparativos para los Juegos Olímpicos de Invierno de 2022, un electrolizador de hidrógeno, descrito como "el más grande del mundo", comenzó a funcionar para alimentar los vehículos utilizados en los juegos. El electrolizador funcionaba con energía eólica terrestre. [45]
Alemania invirtió 9.000 millones de euros para construir 5 GW de capacidad de electrolizadores de aquí a 2030. [46]
Reliance Industries anunció su plan de utilizar unos 3 gigavatios (GW) de energía solar para generar 400.000 toneladas de hidrógeno. [47] Gautam Adani , fundador del Grupo Adani , anunció planes para invertir 70 mil millones de dólares para convertirse en la empresa de energía renovable más grande del mundo y producir el hidrógeno más barato del mundo. [48] El Ministerio de Energía de la India ha declarado que la India tiene la intención de producir un total acumulado de 5 millones de toneladas de hidrógeno verde para 2030. [49]
En abril de 2022, el sector público Oil India Limited (OIL), con sede en Duliajan, en el este de Assam, instaló la primera planta piloto de hidrógeno verde puro al 99,99% de la India con el objetivo de "preparar al país para la producción a escala piloto". del hidrógeno y su uso en diversas aplicaciones”, mientras que “se están realizando esfuerzos de investigación y desarrollo para reducir el coste de producción, almacenamiento y transporte” del hidrógeno. [50]
En enero de 2024, se adjudicaron proyectos de hidrógeno verde con capacidad de casi 412 000 toneladas métricas/año para producir hidrógeno verde para fines de 2026. [51]
En 2023, Japón anunció planes para gastar 21 mil millones de dólares en subsidios para el suministro de hidrógeno limpio durante un período de 15 años. [52]
Mauritania lanzó dos grandes proyectos sobre hidrógeno verde. El Proyecto NOUR se convertiría en uno de los proyectos de hidrógeno más grandes del mundo con 10 GW de capacidad para 2030 en cooperación con la empresa Chariot. [53] El segundo es el Proyecto AMAN, que incluye 12 GW de capacidad eólica y 18 GW de capacidad solar para producir 1,7 millones de toneladas por año de hidrógeno verde o 10 millones de toneladas por año de amoníaco verde para uso local y exportación, en cooperación con Australia. empresa CWP.
Namibia ha encargado un proyecto de producción de hidrógeno verde con apoyo alemán. [54] El proyecto de 10 mil millones de dólares implica la construcción de parques eólicos y plantas fotovoltaicas con una capacidad total de producción de 7 (GW). Su objetivo es producir 2 millones de toneladas de amoníaco verde y derivados del hidrógeno de aquí a 2030 y creará 15.000 puestos de trabajo, de los cuales 3.000 serán permanentes. [55]
Una asociación de empresas anunció un proyecto de 30 mil millones de dólares en Omán , que se convertiría en una de las instalaciones de hidrógeno más grandes del mundo . La construcción debía comenzar en 2028. En 2038, el proyecto debía funcionar con 25 GW de energía eólica y solar. [56]
En abril de 2021, Portugal anunció planes para construir la primera planta de energía solar para producir hidrógeno para 2023. [57] La empresa energética con sede en Lisboa Galp Energia anunció planes para construir un electrolizador para alimentar su refinería para 2025. [58]
En 2021, Arabia Saudita, como parte del proyecto NEOM , anunció una inversión de 5 mil millones de dólares para construir una planta de amoníaco basada en hidrógeno verde, que comenzaría a producir en 2025. [59]
Singapur inició la construcción de una central eléctrica de 600 MW preparada para hidrógeno que se espera que esté lista en el primer semestre de 2026. [60]
En febrero de 2021, una treintena de empresas anunciaron un proyecto pionero para dotar de bases de hidrógeno en España . El proyecto pretendía suministrar 93 GW de capacidad solar y 67 GW de capacidad de electrólisis para finales de la década. [61]
En 2021, en colaboración con la Expo 2020 de Dubái, se lanzó un proyecto piloto que es la primera instalación de hidrógeno verde de "escala industrial" impulsada por energía solar en Oriente Medio y el norte de África". [62]
En marzo de 2021, surgió una propuesta para utilizar la energía eólica marina en Escocia para alimentar plataformas de petróleo y gas convertidas en un "centro de hidrógeno verde" que suministraría combustible a las destilerías locales. [63]
En junio de 2021, Equinor anunció planes para triplicar la producción de hidrógeno en el Reino Unido. [64] En marzo de 2022, National Grid anunció un proyecto para introducir hidrógeno verde en la red con una turbina eólica de 200 m que alimenta un electrolizador para producir gas para unos 300 hogares. [sesenta y cinco]
Vattenfall planeaba generar hidrógeno verde a partir de una turbina eólica marina de prueba cerca de Aberdeen en 2025. [66]
La Ley federal de Empleo e Inversión en Infraestructura , [67] que se convirtió en ley en noviembre de 2021, asignó 9.500 millones de dólares a iniciativas de hidrógeno verde. [68] En 2021, el Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) estaba planeando la primera demostración de una red de hidrógeno en Texas . [69] El departamento había intentado previamente un proyecto de hidrógeno conocido como Hydrogen Energy California . Texas se considera una parte clave de los proyectos de hidrógeno verde en el país, ya que el estado es el mayor productor nacional de hidrógeno y cuenta con una red de gasoductos. [70] En 2020, SGH2 Energy Global anunció planes para utilizar plástico y papel mediante gasificación por plasma para producir hidrógeno verde cerca de Los Ángeles . [71]
En 2021, el entonces gobernador de Nueva York, Andrew Cuomo, anunció una inversión de 290 millones de dólares para construir una instalación de producción de combustible de hidrógeno verde. [72] Las autoridades estatales respaldaron los planes para desarrollar pilas de combustible para su uso en camiones y la investigación sobre la mezcla de hidrógeno con la red de gas. [73] En marzo de 2022, los gobernadores de Arkansas , Luisiana y Oklahoma anunciaron la creación de un centro de energía de hidrógeno entre los estados. [74] Woodside anunció planes para un sitio de producción de hidrógeno verde en Ardmore, Oklahoma . [75] La Ley de Reducción de la Inflación de 2022 estableció un crédito fiscal a la producción de 10 años, que incluye un subsidio de 3,00 dólares/kg para el hidrógeno verde. [76]
En octubre de 2023, Siemens anunció que había realizado con éxito la primera prueba de una turbina industrial alimentada 100 por ciento por hidrógeno verde generado por un electrolizador de 1 megavatio . La turbina también funciona con gas y cualquier mezcla de gas e hidrógeno. [77]
En 2020, la Comisión Europea adoptó una estrategia específica sobre el hidrógeno. [78] El "Centro Europeo de Aceleración del Hidrógeno Verde" tiene la tarea de desarrollar una economía de hidrógeno verde de 100 mil millones de euros al año para 2025. [79]
En diciembre de 2020, las Naciones Unidas , junto con RMI y varias empresas, lanzaron Green Hydrogen Catapult , con el objetivo de reducir el costo del hidrógeno verde por debajo de 2 dólares estadounidenses por kilogramo (equivalente a 50 dólares por megavatio hora) para 2026. [80]
En 2021, con el apoyo de los gobiernos de Austria , China, Alemania e Italia , la Organización de las Naciones Unidas para el Desarrollo Industrial (ONUDI) lanzó su Programa Global para el Hidrógeno en la Industria. [81] Su objetivo es acelerar el despliegue de GH2 en la industria.
En 2021, el gobierno británico publicó su documento de política, un "Plan de diez puntos para una revolución industrial verde", que incluía invertir para crear 5 GW de hidrógeno con bajas emisiones de carbono para 2030. [82] El plan incluía trabajar con la industria para completar las medidas necesarias pruebas que permitirían mezclar hasta un 20% de hidrógeno en la red de distribución de gas para 2023. Una consulta del BEIS en 2022 sugirió que la mezcla de la red solo tendría un papel "limitado y temporal" debido a una reducción esperada en el uso de gas natural. [83]
El gobierno japonés planeó transformar la nación en una "sociedad del hidrógeno". [84] La demanda de energía requeriría que el gobierno importe/produzca 36 millones de toneladas de hidrógeno licuado. En ese momento, se proyectaba que las importaciones comerciales de Japón serían 100 veces menores que esta cantidad para 2030, cuando se esperaba que comenzara el uso de combustible. Japón publicó una hoja de ruta preliminar que exigía que el hidrógeno y los combustibles relacionados suministraran el 10% de la energía para la generación de electricidad, así como una parte significativa de la energía para usos como el transporte marítimo y la fabricación de acero para 2050. [85] Japón creó una hoja de ruta preliminar autopista que consta de 135 estaciones de combustible de hidrógeno subsidiadas y está previsto construir 1.000 para finales de la década de 2020. [86] [87]
En octubre de 2020, el gobierno de Corea del Sur anunció su plan para introducir los Estándares de cartera de energía de hidrógeno limpio (CHPS), que enfatizan el uso de hidrógeno limpio. Durante la presentación del Estándar de Cartera de Energía de Hidrógeno (HPS), fue votado por el Segundo Comité de Economía del Hidrógeno. En marzo de 2021 se celebró el III Comité de Economía del Hidrógeno para aprobar un plan para introducir un sistema de certificación de hidrógeno limpio basado en incentivos y obligaciones para el hidrógeno limpio. [88]
Marruecos , Túnez , [89] Egipto [90] y Namibia han propuesto planes para incluir el hidrógeno verde como parte de su agenda sobre cambio climático. Namibia se está asociando con países europeos como los Países Bajos y Alemania para realizar estudios de viabilidad y financiación. [91]
En julio de 2020, la Unión Europea dio a conocer la Estrategia del Hidrógeno para una Europa climáticamente neutra. Una moción que respalda esta estrategia fue aprobada por el Parlamento Europeo en 2021. [92] El plan se divide en tres fases. [93] De 2020 a 2024, el programa tiene como objetivo descarbonizar la producción de hidrógeno existente. Entre 2024 y 2030, el hidrógeno verde se integraría en el sistema energético. Entre 2030 y 2050 se produciría un despliegue a gran escala del hidrógeno. Goldman Sachs estimó que el hidrógeno representará el 15% de la combinación energética de la UE para 2050. [94]
Seis estados miembros de la Unión Europea: Alemania , Austria , Francia , Países Bajos , Bélgica y Luxemburgo , solicitaron que la financiación del hidrógeno esté respaldada por legislación. [95] Muchos países miembros han creado planes para importar hidrógeno de otras naciones, especialmente del norte de África . [96] Estos planes aumentarían la producción de hidrógeno, pero fueron acusados de intentar exportar los cambios necesarios dentro de Europa. [97] La Unión Europea exigió que a partir de 2021, todas las nuevas turbinas de gas fabricadas en el bloque estuvieran listas para quemar una mezcla de hidrógeno y gas natural. [98]
En noviembre de 2020, el presidente de Chile presentó la "Estrategia Nacional de Hidrógeno Verde", afirmando que quería que Chile se convirtiera en "el productor de hidrógeno verde más eficiente del mundo para 2030". [99] El plan incluye HyEx, un proyecto para fabricar hidrógeno de base solar para su uso en la industria minera . [100]
En la Unión Europea, el hidrógeno "renovable" certificado, definido como producido a partir de materias primas no biológicas, requiere una reducción de emisiones de al menos un 70% por debajo del combustible fósil que pretende reemplazar. [101] Esto es distinto en la UE del hidrógeno "bajo en carbono", que se define como fabricado utilizando materias primas de combustibles fósiles. [102] Para obtener la certificación, el hidrógeno bajo en carbono debe lograr al menos una reducción de emisiones del 70% en comparación con el hidrógeno gris al que reemplaza. [102]
En el Reino Unido sólo se propone un estándar para el hidrógeno "bajo en carbono". Su umbral de intensidad de emisiones de GEI de 20 g de CO2 equivalente por megajulio [103] debería alcanzarse fácilmente mediante electrólisis del agua con energía renovable para la producción de hidrógeno verde, pero se ha fijado en un nivel que permita y fomente otras producciones de hidrógeno con bajas emisiones de carbono, principalmente hidrógeno azul. [104] El hidrógeno azul es hidrógeno gris con captura y almacenamiento de carbono agregado , que hasta la fecha no se ha producido con tasas de captura de carbono superiores al 60%. [105] Para alcanzar el umbral del Reino Unido, su gobierno ha estimado que sería necesaria una tasa de captura de carbono del 85%. [106]
En Estados Unidos, los incentivos de crédito fiscal planificados para la producción de hidrógeno verde estarán vinculados a la intensidad de las emisiones del hidrógeno "limpio" producido, y se ofrecerán mayores niveles de apoyo para menores intensidades de gases de efecto invernadero. [107]
Un estudio de 2023 informó dos usos de una barrera adhesiva conductora (CAB) que convertía >99% de la energía fotoeléctrica en reacciones químicas. Un experimento examinó células fotoelectroquímicas basadas en haluro de perovskita que alcanzaron una eficiencia del 13,4 % y 16,3 h a t 60 . El segundo se formó utilizando un tándem monolítico, apilado, de silicio-perovskita (celda de dos capas, donde cada capa absorbe un rango de frecuencia diferente), logrando una eficiencia máxima del 20,8% y un funcionamiento continuo de 102 h. [108]