Hidrógeno verde: oportunidades para el desarrollo industrial a través de vínculos futuros de las energías renovables

El hidrógeno verde será un elemento clave en cualquier estrategia de descarbonización. Todas las principales economías están invirtiendo fuertemente en hidrógeno verde y, a menudo, también en asociaciones energéticas internacionales para asegurar las importaciones a largo plazo. Esto crea nuevas oportunidades para el desarrollo industrial. Los países que están bien dotados de fuentes de energía renovables pueden inducir inversiones en plantas de electrolizadores e industrias conexas de metanol y amoníaco, que luego ofrecen insumos de bajo costo para industrias intensivas en energía (acero, aluminio, productos químicos básicos, fertilizantes) y múltiples industrias aguas abajo que utilizan acero verde o materias primas químicas. Para construir realmente tales cadenas de valor basadas en energías renovables se requieren políticas industriales proactivas.

El combustible del futuro

Casi todos los países se han comprometido a descarbonizar sus economías en las próximas décadas. Del mismo modo, muchas grandes corporaciones anunciaron planes para reducir sus huellas de carbono a cero neto. Esto requiere una ampliación masiva de la energía renovable, no solo para reemplazar las centrales eléctricas basadas en combustibles fósiles, sino también con el propósito de electrificar una amplia gama de usos finales, incluido el transporte por carretera y ferrocarril, la calefacción y la refrigeración. Además, una parte considerable de la energía renovable tendrá que dedicarse a la producción de hidrógeno verde para sustituir los combustibles fósiles en actividades "difíciles de reducir" que no pueden, o no pueden, ser electrificadas fácilmente. Esto se aplica principalmente a la producción de acero y productos químicos básicos, así como a la aviación, el transporte marítimo y el transporte por carretera de larga distancia.

Por lo tanto, se espera que la demanda de hidrógeno verde se expanda rápidamente. Según el escenario de 1,5 ° C de IRENA (2021), la demanda de hidrógeno ascenderá a 74 EJ, el 21% del consumo total de energía final del mundo, para 2050, de los cuales dos tercios serán para hidrógeno verde. Muchos gobiernos y grandes corporaciones han reconocido la importancia estratégica del hidrógeno verde y han comenzado a invertir fuertemente.

El hidrógeno verde sigue siendo caro, aproximadamente el doble que el hidrógeno gris. A su costo actual, no puede competir con el hidrógeno producido con combustibles fósiles, pero se espera que esto cambie por tres razones: Primero, el precio del carbono aumenta el costo de los combustibles fósiles alternativos, y los estándares públicos y privados están haciendo obligatorio el uso de alternativas bajas en carbono; en segundo lugar, los precios medios mundiales de la energía renovable están disminuyendo rápidamente, en un 80% desde 2010; en tercer lugar, se espera que la innovación tecnológica y las economías de escala reduzcan sustancialmente el costo de los electrolizadores y mejoren la eficiencia de la conversión de energía renovable. Según Strategy@ (2020), el hidrógeno verde ya será en 2030 más barato que el azul y competitivo con el hidrógeno gris. En 2050, será claramente la opción de menor costo. IRENA (2020a) calcula la misma tendencia para el hidrógeno verde generado utilizando recursos solares o eólicos en comparación con el hidrógeno azul (Figura 1). Varias grandes corporaciones han establecido el objetivo de producir hidrógeno verde en $ 1-2 / kg ya en 2025. Cabe señalar, sin embargo, que tales cálculos están llenos de incertidumbres, ya que hacen suposiciones sobre la política global que impulsa los precios del carbono y la tecnología de electrolizadores se vuelve considerablemente más barata.

El hidrógeno verde como oportunidad para el desarrollo industrial

Es probable que los países con abundantes dotaciones de energía solar, eólica y geotérmica sean los que más se beneficien de las nuevas vías de industrialización derivadas del cambio al hidrógeno verde. Esta es una buena noticia para muchos países de ingresos bajos y medios, ya que la AIE (2019) estima que los sitios más atractivos para producir hidrógeno verde sobre la base de la energía solar y eólica se encuentran en África, Oriente Medio, el sur de Asia y las partes occidentales de América del Sur.

Hay cuatro canales principales a través de los cuales el hidrógeno verde puede, directa o indirectamente, estimular el desarrollo industrial a lo largo de una gama de cadenas de valor de "energía renovable = > hidrógeno = acero > o productos químicos = > industrias aguas abajo".

1. Reemplazar los combustibles fósiles en el sector eléctrico requiere enormes inversiones en energía renovable. La demanda de hidrógeno verde derivada de las actividades económicas difíciles de reducir aumenta aún más la demanda de energía renovable. Por lo tanto, los parques solares y eólicos, los proyectos geotérmicos e hidroeléctricos, así como el uso de biomasa, atraerán enormes inversiones en lugares favorables. Los países con las dotaciones de factores adecuadas que también logren mejorar las capacidades tecnoinstitucionales necesarias para ejecutar proyectos de energía de manera eficiente se beneficiarán enormemente del auge esperado de la demanda. Algunos también pueden llegar a ser competitivos en la fabricación de piezas y componentes, en tecnologías relacionadas, como redes inteligentes y almacenamiento de energía, así como en servicios financieros y de gestión de proyectos.

2. La conversión de energía renovable en hidrógeno verde requiere inversiones en electrolizadores. Si bien el hidrógeno verde se puede almacenar y usar fácilmente directamente en algunos procesos industriales, debe convertirse en productos de mayor densidad de energía (como metanol o amoníaco) para otros procesos y facilitar el almacenamiento y el transporte. La Figura 3 muestra los múltiples vínculos industriales de la energía renovable y el hidrógeno verde.

3. Los países que logren una producción abundante de energía renovable, hidrógeno verde y sus derivados a bajo costo, inevitablemente se volverán atractivos para una gama de industrias intensivas en energía, incluidas las industrias siderúrgica y química, que a su vez proporcionan los insumos para muchas industrias posteriores, desde la automotriz hasta la industria farmacéutica y de fertilizantes. A medida que aumenta la presión para descarbonizar, la disponibilidad de energías renovables e hidrógeno verde se convierte en un importante factor de atracción para la reubicación de las industrias. Este "tirón de las energías renovables" (SCI4climate.NRW 2021) ya se puede observar en la industria automotriz, donde las piezas de aluminio y las fibras de carbono se obtienen en algunos casos de ubicaciones de bajo costo para la energía renovable.

4. Los sistemas avanzados de innovación y las tecnologías de la industria 4.0 pueden ayudar a los países a superar los costos e ineficiencias asociados con la producción de hidrógeno verde, al tiempo que explotan el creciente mercado de exportaciones de tecnología basada en hidrógeno. Esto incluye mercados para la tecnología de celdas de combustible, tecnologías de fabricación de acero basadas en hidrógeno, buques tanque y combustibles sintéticos que utilizan una gama de soluciones digitales como análisis de big data, gemelos digitales, sensores, inteligencia artificial y sistemas de trazabilidad basados en cadenas de bloques.

Desarrollo industrial a través de vínculos futuros a partir de energías renovables: la estrategia importa

La tendencia es clara: el hidrógeno verde será un elemento clave de la futura economía global. Los gobiernos, la industria y otras partes interesadas deben averiguar cómo pueden adaptar sus estrategias de desarrollo industrial a las nuevas condiciones marco. Esta no es una tarea fácil, y requiere estrategias de múltiples partes interesadas (ESMAP 2020).

Las partes interesadas de la sociedad deben identificar cuál de las diversas cadenas de valor descritas anteriormente puede explotarse en línea con sus dotaciones de factores, ventajas geográficas y capacidades tecnológicas. Cada cadena de valor requiere diferentes inversiones en energías renovables, electrolizadores, redes, puertos y tuberías. Tomar las decisiones correctas es complicado, dada la incertidumbre sobre los precios y las tecnologías. La demanda de hidrógeno verde depende de una serie de decisiones políticas en las principales economías: del nivel de los precios del carbono, el apoyo al despliegue de energía renovable, la aceptación de alternativas como la captura y el almacenamiento de carbono y la energía nuclear, la voluntad de adoptar medidas proteccionistas, así como consideraciones geopolíticas sobre la seguridad energética. Todos estos factores pueden acelerar o desacelerar la demanda. Además, el despliegue de hidrógeno verde depende de inversiones complementarias a gran escala en nuevas tecnologías, por ejemplo, buques cisterna, creando así incertidumbre sobre las opciones y los costos de transporte. Si los países desean explotar la energía renovable y el hidrógeno verde para atraer industrias intensivas en energía, deben considerar una amplia variedad de factores que afectan la elección de la ubicación de estas industrias, desde los vínculos intersectoriales y la disponibilidad de mano de obra calificada hasta los problemas climáticos de inversión. Es importante destacar que se necesitan salvaguardias para garantizar que el desarrollo de la industria del hidrógeno verde no exacerbe la escasez de agua existente o los conflictos de uso de la tierra y que las demandas y exportaciones de la industria no socaven el suministro de electricidad para el consumo privado. Por lo tanto, es necesario adoptar una serie de nuevas regulaciones, y los países deben unirse a las iniciativas internacionales para desarrollar estándares comunes de seguridad y medio ambiente.

Un número cada vez mayor de países están desarrollando hojas de ruta y estrategias de hidrógeno verde. La mayoría de los países industrializados serán importadores netos de hidrógeno verde. Sus estrategias tienen como objetivo descarbonizar sus industrias, asegurar la importación de hidrógeno verde, proteger a sus industrias de la competencia desleal de países con políticas de descarbonización menos ambiciosas y explotar las ventajas de los primeros motores. Algunos países, Australia, por ejemplo, albergan industrias intensivas en energía y abundantes fuentes de energía renovable. Esos países están particularmente bien posicionados para cosechar ventajas de movimiento temprano en hidrógeno verde.

Para muchos países en desarrollo, el hidrógeno verde es una opción de exportación prometedora. Esos países generalmente tienen industrias domésticas más pequeñas que exigen hidrógeno verde, pero muchos están dotados de abundantes recursos de energía renovable y grandes áreas de tierra estéril. Un número creciente de exportadores potenciales también están desarrollando estrategias de hidrógeno verde, incluidos Chile, Uruguay, Sudáfrica, Brasil, Arabia Saudita, Ucrania, Turquía, Vietnam y Marruecos (IRENA 2020b). La elección estratégica aquí es si se contempla el hidrógeno verde como un nuevo producto de exportación (correspondiente a nuestros canales 1 y 2) o un trampolín hacia el desarrollo de cadenas de valor industriales complejas (canales 3 y 4). En el primer escenario, los países bien dotados de energía solar, eólica y otros recursos de energía renovable alientan las inversiones en parques energéticos, electrolizadores y materias primas relacionadas, así como la infraestructura de exportación requerida, incluidos oleoductos y puertos. Esas inversiones, si se gestionan bien, pueden aumentar los ingresos de exportación; sin embargo, tienden a ser intensivos en capital, con efectos muy limitados en términos de creación de empleo y aprendizaje tecnológico. En el segundo escenario, los gobiernos ven la energía renovable de bajo costo y el hidrógeno verde como la base para crear clústeres industriales y cadenas de valor con mayor valor agregado.

Autores: TILMAN ALTENBURG, NELE WENCK, SMEETA FOKEER Y MANUEL ALBALADEJO

Versión original en ingles: https://iap.unido.org/articles/green-hydrogen-fuelling-industrial-development-clean-and-sustainable-future