Presentación de Lauren Withey, de Earthjustice, en el seminario web "Hidrógeno: Retos, riesgos y oportunidades para Latinoamérica", realizado el 7 de septiembre de 2022.
3. Criterios primarios
Falta de alternativas de bajo- o cero- carbono más eficientes y económicas
Minimiza dificultades y costos de transporte y almacenamiento
Maximiza uso de hidrógeno producido usando energía renovable sobrante
(i.e., energía que sería ‘curtailed’)
5. Ejemplo: Comparación de eficiencia y dificultades con sistemas de distribución entre
vehículo eléctrico con baterías y vehículo con celda de combustible de H2
Fuente: https://earthjustice.org/sites/default/files/files/hydrogen_earthjustice_2021.pdf
7. Reemplazar producción de
hidrógeno sucia hoy con
hidrógeno verde (e.g., para
producir amonio)
Reemplazar combustibles fósiles
en ciertos procesos de
fabricación industrial, como de
acero
Transporte de larga distancia –
naves, camiones, aviones
Almacenamiento de energía
renovable de larga duración
Reemplazar gas/mezclar con gas
como combustible para
electrodomésticos y
termoeléctricas
Automóviles, buses
8. Reemplazar producción
de hidrógeno sucio hoy
con hidrógeno verde
(e.g., para producir
amonio)
Aplicaciones de H2 verde para
hoy
Fuente: https://earthjustice.org/sites/default/files/files/hydrogen_earthjustice_2021.pdf
9. Posibles aplicaciones de H2 verde
que requieren más investigación
Reemplazar combustibles fósiles en ciertos
en ciertos procesos de fabricación industrial, como
fabricación industrial, como de acero
acero
Transporte de larga distancia –
naves, camiones, aviones
Almacenamiento de energía
renovable de larga duración
10. Aplicaciones de H2
que no tienen sentido
Reemplazar gas/mezclar con gas
como combustible para
electrodomésticos y
termoeléctricas
Automóviles, buses
12. • Alta concentración de energía por masa, pero
no por volumen.
• Temperatura de licuefacción: -252.8°C
• Muy ligero: 57x más ligero que vapor de
gasolina. Es la molécula más pequeña que hay.
• Muy volátil: busca combinarse con otros
elementos.
Propiedades de H2
16. Emisiones
• Cuando se combustiona H2, se producen NOx
• H2 en sí es un GEI secundario
o Ilissa B. Ocko & Steven P. Hamburg, Climate
consequences of hydrogen emissions, 22, Atmos.
Chem. Phys., 9349–9368 (2022),
https://acp.copernicus.org/articles/22/9349/2022/
o https://www.energypolicy.columbia.edu/research/c
ommentary/hydrogen-leakage-potential-risk-
hydrogen-economy
17. • Crowding out de energía renovable
para electricidad local
• Certificación de colores/origen
Otras preocupaciones
18. / e a r t h j u s t i c e @ e a r t h j u s t i c e e a r t h j u s t i c e . o r g
Hinweis der Redaktion
Mucho de este análisis viene de este trabajo de mis colegas en Earthjustice, Sasan Saadat y Sara Gersen, que publicaron este informe, “Reclaiming Hydrogen,” el año pasado. Todavía muy relevante y útil, aún en un mundo con informes sobre H2 lanzado todos los días.
Publicamos este informe porque estábamos viendo más y más propuestas para nueva infraestructura de gas ‘fósil que incluyó referencia a la conversión al uso de hidrógeno en el futuro, mucho como estamos escuchando en Europa hoy con las propuestas para terminals de importación de LNG. Quisimos explicar en una manera clara que estas afirmaciones fueron puro greenwashing.
Hay muchas posibles espacios dónde el hidrógeno puede ser útil o reemplazar una porción de los combustibles fósiles que usamos hoy.
Sin embargo, aunque es posible que puede servir en estos papeles, no significa que tiene sentido invertir en hidrógeno en todos estos sectores.
Reduciendo los costos de hidrógeno verde va a requerir mucha inversión publica. No tiene sentido gastar recursos en avanzar el uso de hidrogeno en sectores en las cuales ya ha perdido en criterios de eficiencia y costo a otras tecnologías cero carbono
Es importante tener en cuenta que aunque el hidrógeno verde es mucho más limpio que las otras fuentes de hidrógeno, todas estas tecnologías dejan una huella e tienen un impacto tanto medioambiental como social – desde las minas de dónde salen los minerales para producir un turbino eólico, hasta la tierra que usa una finca de solar. Entonces, es clave que esta energía producida por estas tecnologías se usa en una manera eficiente, porque hay recursos infinitos para energía renovable.
Alternativas:
Estas dinámicas están cambiando todo el tiempo con nuevas tecnologías, obviamente, y también depende del contexto – las soluciones que son las mejores opciones en un sitio no necesariamente son ideales para todos los contextos.
Sin embargo, podemos comparar eficiencias y costos proyectadas para aplicaciones en varios contextos y adivinar cual tendría más sentido en estos criterios básicos.
Transporte y almacenamiento
Como vamos a ver, las características de hidrogeno lo hace complejo y costoso transportar y almacenar, entonces usos que no requieren este transporte y almacenamiento, o que reducen algunos de los costos de estos procesos van a tener más sentido.
Energía sobrante
Sería ideal de una perspectiva de costo y eficiencia que la producción de hidrógeno use energía que no sería utilizada por electricidad - o sea, que los electrizadores corran cuando hay un excedente de electricidad, durante máxima producción y menos uso.
Esto parece ser un criterio más para la producción, pero como la producción y uso también están interrelacionados por los limites en transportar y almacenar el hidrógeno, incluyo este criterio aquí también
Ejemplo uno
NB que esta comparación está entre H2 y electricidad cuando los dos se produce por energía renovable – obviamente, si se usa carbón para producir la electricidad o para producir el hidrógeno por electrolisis, las emisiones serían muy diferente.
Nosotros desarollamos un matriz para distinguir entre las aplicaciones que nosotros consideramos inversiones buenas, las que requieren más investigación, y las que ya sabemos que no tienen sentido.
Significancia de los colores
Verde – Usos para que el H2 verde puede tener un impacto positivo hoy.
Amarillo – Usos que no son tan claramente beneficial o mejor que otras tecnologías, en eficiencia energética y costo.
Rojo – Usos que ya son obsoletos – no-competitivos con opciones eléctricas, o tienen
La aplicación primera para H2 verde debe ser el reemplazamiento de la producción de H2 sucio hoy.
H2 de gas fósil y carbón es muy contaminante, emitiendo muchas emisiones de gases de efecto invernadero, como podemos ver en esta figura abajo – si hidrógeno fuera un país, sería la sexta emisora más grande de CO2 en el mundo. Además, emite otros muchas co-contaminantes peligrosos que hacen daño a poblaciones locales.
Hoy, se usa este H2 para más que todo amonio para fertilizantes, y metanol para varios químicos y productos plásticos.
Proponemos esto como una mejor opción que CCS (conversión de gris a azul) porque hay muchas otras emisiones asociadas con la producción de H2 azul – aguas arribas y también los co-contaminantes en la planta.
PROCESOS INDUSTRIALES:
Ponemos este uso aquí por dos razones – 1) Porque hay alternativas eléctricas para muchos procesos industriales que ya son más viable que H2; y 2) Porque en los procesos industriales para las cuales no hay alternativas, no es claro todavía si el hidrogeno puede reemplazar otros combustibles, y hasta cuales proporciones de los combustibles fósiles el H2 puede reemplazar.
Hay hornos de electricidad que pueden re-emplazar elementos de la producción industrial que requieren temperaturas muy elevadas (hasta 3000 C) – hornos de arco eléctrico.
También, hay muchos procesos industriales que no requieren temperaturas tan altas, que pueden ser reemplazado fácilmente con alternativas eléctricas.
Se puede usar hidrógeno en un proceso para producir acero que se llama DRI-EAF, pero este proceso solo representa solo 7% de la producción de acero al nivel mundial.
También hay interés en mezclando H2 con otros combustibles en alto hornos, y tampoco es claro que será muy factible, y que porcentaje de combustibles fósiles H2 puede reemplazar.
Transporte de larga distancia
Todavía no hay un ganador en estos modos de transporte, como pilas son pesadas, y más complicadas para recargar en viajes largos. Así que posiblemente hay una opción para usar H2 en estas aplicaciones, pero todavía hay mucho incertidumbre sobre el uso de H2 también. Hablaremos de unos de los retos para H2 en estos espacios al fin.
Almacenamiento de energía
Baterías de litio todavía son costosos cuando aplicados en grandes escalas para ahorrar energía para duraciones largas, como varios días o hasta semanas, cuando hay poca producción de renovables dado condiciones meteorológicas inusuales.
H2 puede ser atractivo para cumplir el papel de llenar las brechas de producción de energías renovable porque los electrolizadores pueden usar energía excesiva de estos renovables en otros momentos para generar almacenes de hidrogeno.
Sin embargo, hay mucha energía perdida en estas conversiones, y en el almacenamiento de H2.
Como todavía hay muchas alternativas tecnológicas incipientes en este espacio, no es muy cierta que H2, con sus altos costos y ineficiencias, va a ser un ganador en este espacio.
Mezcla con gas en termoeléctricas/electrodomésticos
Ya hemos visto que el uso de hidrógeno en electrodomésticos de gas es mucho menos eficiente que usar la electricidad directamente.
También, no es posible usar cantidades significativas de hidrogeno mezclado con gas en la infraestructura diseñado para transportar y quemar el metano – autores de un estudio nuevo de la Universidad de California Riverside encontraron que problemas pueden resultar de mezclas más allá de 5% hidrógeno. El hidrógeno debilita gasoductos, válvulas, y otros componentes del sistema de transporte de gas, entonces representa un riesgo a la planeta, y también un riesgo a la seguridad de personas que viven alrededor de infraestructura de gas.
Además, los electrodomésticos y las termoeléctricas que tenemos hoy que usan gas fósil como combustible no funcionan con proporciones significativas de hidrógeno, entonces, hay que reemplazar todos estos, y la infraestructura conectándolos, antes de usar porciones de hidrógeno significativo en ellos.
Automóviles/buses
Como ya vimos, el uso de H2 en coches particulares no es competitiva en eficiencia energética y costo con coches eléctricos con pilas. Coches que usan cedulas de combustión en vez de pilas usan 2-3 veces las cantidades de electricidad renovable para viajar la misma distancia dado estas ineficiencias. Hidrogeno tampoco puede competir en buses regionales u otro transporte de corto distancia.
También, vehículos de H2 sufren de la necesidad para el transporte y almacenamiento de H2 en todos lados, que es mucho más complicado que instalar estaciones de recarga eléctrica. Cubriremos los dificultades con el transporte y almacenamiento de H2 abajo.
* Podemos ver en la derecha un imagen de un gasoducto roto después de años . El H2 puede hacer esto a cierto gasoductos metálicos (resultado de su volatilidad). Entonces no se puede transportar H2 por cualquier gasoducto – es necesario reacondicionar viejos gasoductos o crear nuevos gasoductos especialmente dedicados al transporte de hidrógeno.
* Como no es muy denso energéticamente por volumen, es necesario transformar el gas de H2 a un liquido para otras formas de transporte (más allá de los gasoductos).
Este proceso de licuefacción utiliza 30% de la energía del hidrógeno en si, y hay evaporación constante de hidrogeno liquido durante el transporte, y así más perdidas de energía.
A partir de enero de este año, hubo un solo barco que pudo transportar hidrógeno liquido, que está aquí en esta foto.
Hay interés en convertir hidrogeno a otro elemento, como amonio, para el transporte por largas distancias, pero no es nada claro como esto funcionaría exactamente.
Entonces, aunque hemos escuchado mucho sobre “Hydrogen Hubs” en varios países, incluyendo en Colombia y Chile, todavía estamos lejos de aclarar si la combinación de la tecnología del transporte de hidrógeno y sus costos va a hacer viable esta posibilidad de un intercambio global de hidrogeno, como tenemos, por ejemplo, en GNL ahora.
Los mismos dificultades que aparecen con el transporte de hidrogeno también existen para el almacenamiento de ello.
Hay mucho interés en almacenar H2 en cavernas de sal o en otras formaciones subterráneas, pero todavía hay más investigaciones necesarias para demostrar la viabilidad de los diferentes tipos de formaciones como sitios de almacenamiento. También, estas cavernas son obviamente geográficamente limitada, entonces no se puede usarlas en cualquier lugar.
La otra opción principal por almacenar hidrogeno en volúmenes significativos son los tanques criogénicos. La tecnología para estos tanques está mejorando para reducir evaporación de H2, sin embargo, estos tanques son muy costosos.
Imagen izquierda – Noruega, estación de servicio de hidrógeno en 2019; Imagen derecha – EEUU, fabrica de silicon, 2019
H2 quema muy rápidamente, produciendo grandes explosiones.
Quema en una densidad menor que el gas fósil (metano) - pero también dispersa más rápidamente por ser tan ligera.
Obviamente tener grandes cantidades de H2 liquido (o amonio, si se usa amonio como un “Carrier”) en un solo lugar, como puertos, puede presentar riesgos significativos.
También, las fugas de H2 de infraestructura, especialmente dado el debilitamiento que causa el H2 en gasoductos, es preocupante.
Igual a los protocolos de prevención y emergencia necesaria para las baterías de litio, entonces, si vamos a usar H2 en grandes escalas, vamos a tener que implementar nuevos protocolos de seguridad para prevenir accidentes y saber como reaccionar cuando accidentes ocurren.
NB: Estamos hablando de la combustión directa, que siempre va a ser incompleta en el mundo real, no el uso de cedulas de combustión, que debe producir como biproducto solo agua.
Hay mucho más que estudiar sobre H2 como GEi
