¿Qué es el hidrógeno verde y por qué Uruguay?
¿Qué es el hidrógeno verde?
El hidrógeno es el primer elemento de la tabla periódica. Es el elemento químico más ligero; su átomo está formado por un protón y un electrón y es estable en forma de molécula diatómica (H₂).
Actualmente el 99% del H₂ es producido a partir de combustibles fósiles (principalmente gas natural y carbón), y por tanto se generan emisiones de efecto invernadero en el proceso.
En el presente se producen más de 120 millones de toneladas de hidrógeno al año; de ellas, dos terceras partes son en forma de H₂ puro y un tercio son en mezclas con otros gases. La demanda está concentrada en el uso en refinerías, producción de amoníaco (para obtener fertilizantes y otros productos), y en forma indirecta para la producción de metanol, acero y otros.
El hidrógeno verde es aquel que se produce sin la participación de combustibles fósiles. La producción del hidrógeno verde se realiza únicamente a partir de energías renovables.
Actualmente el método que se vislumbra con mayor potencial para la producción de hidrógeno verde es la electrólisis del agua (H₂O), de forma tal que, a partir de energía eléctrica proveniente de fuentes renovables y agua (H₂O), se obtienen por separado hidrógeno (H₂) y oxígeno (O₂). Por tanto, la producción del hidrógeno verde es un proceso con cero emisiones de gases de efecto invernadero.
¿Por qué hidrógeno verde en el mundo y por qué ahora?
De acuerdo a los estudios del Panel Intergubernamental del Cambio Climático (IPCC, por sus siglas en inglés), para limitar el calentamiento global a menos de 1,5° C el mundo debe lograr ser carbono neutral en el año 2050 (IPCC, 2018).
El 80,2% de la energía global que se consume proviene de fuentes fósiles (Renewables - REN 21, 2021). Su demanda continuará en aumento, dado que la población mundial mantiene una tendencia creciente y se proyecta un mayor desarrollo económico. Por tanto, es urgente acelerar una transición energética baja en carbono. A nivel global y en el marco del Acuerdo de París (2016), en el contexto de la Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático, cada país establece medidas para la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero. Muchos ya han establecido el objetivo de ser carbono neutrales para 2050 y se están desarrollando las regulaciones en este sentido.
Como consecuencia, las industrias están realizando anuncios en esta línea. Las principales marcas de la industria automotriz han anunciado que sus vehículos serán emisiones cero al año 2050, y algunas de ellas incluso antes. Las compañías de transporte marítimo y de aviación han comenzado a desarrollar sus planes de descarbonización para incorporar hidrógeno y combustibles verdes sintéticos de forma gradual en sus flotas. Otras industrias energéticas también han anunciado que serán emisiones cero al año 2050, incluso empresas que tienen su negocio principal en la venta de hidrocarburos (Shell y British Petroleum).
El hidrógeno de bajas emisiones (H2) tiene un papel central para alcanzar emisiones netas cero para el año 2050. El hidrógeno puede evitar 80 gigatoneladas (Gt) de emisiones acumuladas de dióxido de carbono (CO2) y el 20% de la reducción necesaria en 2050. Esto requiere el uso de 660 millones de toneladas de hidrógeno renovable y bajo en carbono, equivalente al 22% de la demanda global de energía final en 2050 (McKinsey & Company, 2022).
El hidrógeno verde aporta en diversos aspectos a la transición energética que se encuentra en curso a efectos de asegurar el cumplimiento de las metas ambientales establecidas al año 2050. La principal contribución que se ha identificado se refiere a que su producción y uso permitirían la descarbonización de usos finales de energía y materias primas que son difíciles de lograr por otra vía o que no se pueden realizar de forma directa con energías renovables o a través de la electrificación directa.
Por una parte, el uso de este vector energético posibilitaría distribuir energía en otros sectores. Es así que, partiendo de energía eléctrica de origen renovable, resultaría posible producir hidrógeno y utilizarlo en aplicaciones que incluyen una amplia variedad de usos.
Como se muestra en la figura el H2 puede utilizarse sin transformación para el uso en transporte carretero, realizar la reducción del hierro, calentamiento, etc. o transformarse usualmente en combustibles sintéticos o amoniaco verde
A partir de la combinación del H2 con CO2 se pueden producir combustibles sintéticos, similares a los hidrocarburos fósiles. Dos de los principales combustibles sintéticos son el e-metanol y el e-jetfuel.
- El metanol se visualiza con muy buen potencial para el uso en el transporte marítimo. La producción de metanol se realiza mediante el proceso de Sabatier.
- El e-jetfuel es un queroseno que se utiliza en las turbinas de los aviones con propulsión jet, los utilizados en la aviación comercial. La producción de e-jetfuel sintético se realiza mediante el proceso Fischer-Tropsch, que requiere una alta estabilidad.
A partir de la combinación del H2 con N2 se puede producir amoniaco a partir del proceso de síntesis Haber Bosch. Los principales usos del amoniaco verde serán la producción de fertilizantes y combustible para descarbonizar el transporte marítimo (junto con el metanol son las dos alternativas a la descarbonización de este sector), la generación de energía eléctrica y su uso como carrier para el transporte a largas distancias del hidrógeno.
Es importante que el origen del CO2 y el N2 también sean sostenibles para mantener las características de productos de bajas emisiones. El N2 es tomado del aire y en el caso del CO2 es posible hacerlo de distintas fuentes: del aire, de emisiones de procesos industriales o mediante la separación de otros gases como el biogás. En particular, el CO2 proveniente de procesos de cogeneración en base a biomasa proveniente de forestación sostenible es considerado carbono neutral siendo una ventaja desde el punto de vista de la sostenibilidad.
Otra vía mediante la cual el hidrógeno verde contribuiría a la transición energética refiere al aumento de la resiliencia del sistema energético, al permitir la integración de energías renovables a gran escala. El uso de hidrógeno verde y sus derivados como vectores energéticos aportaría al transporte de energía verde entre regiones a partir de la posibilidad de que fueran trasladados en forma económica a lo largo de grandes distancias, de forma similar a como hoy ocurre con otros energéticos (por ejemplo, el petróleo o el gas natural licuado). Esto permitiría, por ejemplo, a los países que no tienen suficiente energía renovable autóctona, importar hidrógeno verde o derivados y utilizarlo para generar energía eléctrica o utilizarlo en los diversos usos ya mencionados.
Nuestro país ha culminado la primera etapa de su transformación energética a partir de la descarbonización casi total de la matriz eléctrica. En el promedio de los años 2017-2020, el 97% de la electricidad que se generó en Uruguay provino de energías renovables (44% hidro, 32% eólica, 18% biomasa y 3% solar).
Fuente: BEN 2017, 2018, 2019 y 2020 (matriz eléctrica).
La segunda etapa de la transformación energética en Uruguay incluye diversos desafíos, entre los cuales se encuentran el desarrollo de una economía del hidrógeno y continuar la descarbonización del sector energético y de producción de materias primas.
En cuanto al desarrollo de una economía del hidrógeno, Uruguay tiene muchos atributos para ser un productor de hidrógeno verde y derivados para ser exportado y consumido localmente.
La calidad, abundancia y complementariedad de los recursos eólico y solar permitirían lograr costos competitivos para la producción de hidrógeno a escala. Para 2030, los costos de producción pueden alcanzar 1,2-1,4 USD/kg, con una capacidad total mayor a los 90 GW de potencia a partir de energía renovable en los sitios con mayor potencial.
A su vez, el país cuenta con centrales hidroeléctricas, infraestructura de red de transporte de energía eléctrica, matriz eléctrica 97% renovable, alta disponibilidad de agua y fácil acceso a CO2 (a partir de biomasa sustentable), que pueden permitir una producción competitiva de combustibles sintéticos (e-metanol y e-jetFuel).
El país cuenta con alta disponibilidad de agua dulce por pertenecer a una gran cuenca regional así como por el régimen de precipitaciones anuales.
Se destaca el puerto de Montevideo con acceso al océano Atlántico y la actual operativa logística interna desarrollada.
Uruguay es un país de una fuerte institucionalidad y profundo sentido republicano y respeto de la regla de derecho, asimismo se encuentra entre las principales economías del mundo para la inversión sustentable, según el Índice ESG que elabora JP Morgan.
Impacto del desarrollo del hidrógeno verde y derivados en el país.
La incorporación de hidrógeno verde dará al Uruguay desarrollo industrial, económico y laboral; mayor independencia energética; disminución de la vulnerabilidad respecto de la volatilidad de los precios del petróleo; y ahorro de divisas.
Las iniciativas de producción de hidrógeno verde y derivados son proyectos industriales que permitirán crear puestos de trabajo y agregado de valor en el país. Se exportarán productos industriales, como combustibles de última generación, a partir de energía renovable, agua y residuos de las industrias que utilizan biomasa, aplicando nuevos procesos productivos.
El país podrá posicionarse como productor de energía y productos renovables, un nuevo rubro de exportación, estratégico y de largo plazo. Se trata de productos y combustibles renovables que están siendo demandados por la industria naviera y la aviación, entre otras, que están en proceso de descarbonización. Uruguay puede ocupar un lugar como proveedor y receptor de inversiones.
El desarrollo de la industria de hidrógeno verde podría generar más de 30.000 puestos de trabajo directos calificados en construcción de plantas, operación y mantenimiento, logística y educación técnica.
El hidrógeno verde y sus derivados representan una oportunidad de facturación para Uruguay estimada en 2000 millones de dólares anuales a 2040. Es monto es similar al de otros productos de exportación (por ejemplo, la facturación del sector cárnico es cercana a los 3000 millones de dólares al año). A la vez, implica una reducción de emisiones de CO2 estimada en 7 millones de toneladas por sustitución de combustibles fósiles (cifra similar a la de emisiones que el país genera actualmente en el sector energético).
Asimismo, en el nivel de desarrollo tecnológico actual, estos procesos implicarán la formación de recursos altamente capacitados y la oportunidad de avanzar en investigación, desarrollo e innovación (I+D+i) en el país, pues a nivel global se están desarrollando tecnologías y oportunidades para la innovación y el desarrollo de empresas tecnológicas.
En estos desarrollos participarán empresas uruguayas, que adquirirán conocimiento y podrán luego participar en el mercado regional y global relacionado con la temática del hidrógeno verde y derivados. Algo parecido sucedió con el desarrollo de la energía eólica, solar y de biomasa en Uruguay, ya que empresas nacionales se encuentran hoy realizando proyectos en Argentina, Brasil, Colombia, México, etc.
Finalmente, la producción de este estos combustibles/productos verdes derivados del hidrógeno implica un acercamiento a la Unión Europea, Japón, Corea y otros países demandantes. Esto podrá mejorar nuestro intercambio comercial para, eventualmente, abrir puertas para otros productos.
Para asegurar una buena disposición y gestión sostenible de los recursos necesarios, desde el Gobierno se está avanzando en la definición regulatoria que permita establecer los criterios para el desarrollo de los proyectos y modelos industriales vinculados a la economía del hidrógeno verde.