hidrógeno, energías renovables
Por lo general, sería más barato usar combustibles electrónicos derivados del hidrógeno, en lugar de H2 directamente, debido a los costes del sistema, explica un artículo académico
17 noviembre 2022.- El primer artículo académico que modela el uso de hidrógeno verde hora por hora en un sistema de energía neutral en carbono ha concluido que debido a "los altos costes sociales y problemas de practicidad... el hidrógeno no puede considerarse una solución a gran escala para la calefacción y el transporte".
“Las tecnologías de hidrógeno directo siempre aumentan el coste del sistema energético”, agrega el estudio realizado por académicos de la Universidad de Aalborg en el norte de Dinamarca.
El artículo, titulado Sobre la viabilidad de la utilización directa del hidrógeno en una Europa libre de fósiles , publicado en el International Journal of Hydrogen Energy , también encontró que sería más barato usar combustibles electrónicos líquidos derivados del H 2 en el transporte (amoníaco, metanol), en lugar de hidrógeno directamente “debido a los altos costes de infraestructura y, respectivamente, la baja eficiencia energética [de H 2 ]”.
Y los académicos investigaron el uso de H 2 para descarbonizar el sector energético y la industria pesada, concluyendo que “el hidrógeno para la producción de electricidad es beneficioso solo en cantidades limitadas para restringir el consumo de biomasa, pero aumenta los costes del sistema debido a las pérdidas”, y que “ la electrificación y el e-metano pueden ser más factibles” para los sectores industriales difíciles de reducir, y este último puede utilizarse como un reemplazo directo del gas fósil que se usa en la actualidad.
Sin embargo, el estudio, que examinó un sistema de energía libre de combustibles fósiles en la UE y el Reino Unido en 2050, incluidos los costes de mejorar las redes eléctricas y las redes de gas, dice que aún se necesitarán grandes cantidades de hidrógeno verde.
“El hidrógeno será un vector energético importante, no como combustible final, sino como materia prima para la producción de combustibles electrónicos”, explica.
A pesar de los malos resultados para la utilización directa de hidrógeno en casi todos los sectores energéticos, la utilización de hidrógeno es alta en todos los escenarios analizados, y solo el escenario de referencia produce 3.000 TWh [de] H 2 para satisfacer las demandas de la industria y el transporte europeos. Estas grandes demandas también significan que se necesitan más de 4.000 TWh de electricidad únicamente para este propósito, descartando claramente la idea de que se puede producir hidrógeno con un exceso de electricidad a bajo coste.
Los 3.000 TWh, equivalentes a 90,9 millones de toneladas de hidrógeno, requerirían 700 GW de electrolizadores y cuatro días de almacenamiento de hidrógeno para garantizar un "sistema energético con un alto nivel de flexibilidad".
"Por estas razones, los recursos deben priorizarse hacia aquellas partes del sistema energético que más lo necesitan [es decir, el hidrógeno] y no desperdiciarse donde otras soluciones tecnológicas logran un mejor equilibrio entre la eficiencia energética y los costes”, dice el estudio.
Calefacción
Al igual que otros 32 estudios independientes anteriores , el documento de Aalborg no ve ningún argumento para el uso a gran escala de hidrógeno en la calefacción, y señala que esto solo se está considerando en el Reino Unido y los Países Bajos.
“El uso de hidrógeno para calentar espacios y agua caliente aumenta los costes del sistema de energía [total de la UE y el Reino Unido] entre un 7 % [a] un 23 % en comparación con el escenario de referencia, con un coste de entre 60.000 millones y 200,000 millones de euros más al año, lo que lo convierte en uno de los más abruptos aumentos de costes entre los escenarios investigados”, explica el documento.
“En general, el uso de hidrógeno para calefacción, especialmente en contextos urbanos donde la calefacción urbana puede ser una alternativa viable, aumenta radicalmente los costes del sistema energético. Se necesitarán entre 120 y 320 GW de energía eólica marina adicional para manejar la disminución en la eficiencia del sistema”.
La construcción de la red de distribución de hidrógeno requerida "no solo incurriría en altos costes con la reconversión y la construcción de nuevas tuberías, sino que también plantearía problemas de practicidad", dice el estudio.
Sería necesario actualizar o reemplazar muchos componentes para manejar las moléculas más pequeñas de hidrógeno, incluidas tuberías, medidores, cabezales de quemadores y sellos, explica.
Otro problema es que la quema de hidrógeno en calderas y cocinas “emitirá óxido nitroso, un gas con alto potencial de calentamiento global, que aún no resolvería el problema de las emisiones del sector de la calefacción”.
“El control de emisiones puede ser una solución a nivel de caldera, sin embargo, a un costo mayor y menor eficiencia de combustible, y no es una opción para cocinar con llama abierta”.
También señala posibles problemas de seguridad con la quema de hidrógeno en el hogar, así como el hecho de que el suministro de gas fósil tendría que desconectarse hasta que todos los hogares en una red de distribución se hayan convertido con éxito para funcionar con H 2 .
Transporte
Si el 50% de los automóviles funcionan con hidrógeno en Europa en 2050, los costes generales del sistema serían $ 290 mil millones más altos que si fueran todos eléctricos, según el estudio.
Y sería una historia similar si los autobuses, trenes, vehículos livianos (es decir, camionetas) y vehículos pesados fueran impulsados por hidrógeno, en lugar de baterías, aunque en menor grado.
“En general, el uso de hidrógeno como combustible final para el transporte es más costoso que no usar [directamente] hidrógeno para este propósito”, dice el estudio.
Las diferencias de costes ocurren debido a la mayor inversión en el sistema energético (turbinas eólicas, electrólisis), mayor costo de los vehículos (los vehículos de pila de combustible generalmente se consideran más caros que los ICE o los BEV [vehículos eléctricos con motor de combustión interna o batería]), y infraestructura de hidrógeno, que supone una parte significativa de los costes anuales totales ya que, en este caso, incluye las redes de distribución de hidrógeno y las estaciones de servicio.
Para los vehículos pesados, los costes más altos se deben principalmente a las mayores inversiones en vehículos nuevos, ya que los HDV de celda de combustible de hidrógeno son más caros que los ICE HDV. En segundo lugar, se deberá establecer una gran red de estaciones de servicio de H 2 paneuropeas dedicadas para manejar los 5-8 millones de camiones que usasen este combustible.
Sin embargo, el estudio no aborda directamente las preocupaciones de la industria sobre cómo suministrar los megavatios de energía que se requerirían en cada ubicación de carga si se necesita cargar rápidamente varios camiones de larga distancia con baterías grandes al mismo tiempo.
Luego, el documento explica que, quizás de manera contraria a la intuición, sería más barato propulsar vehículos con combustibles electrónicos derivados del hidrógeno que con el hidrógeno directamente.
Aunque su eficiencia de ida y vuelta es menor, los combustibles electrónicos pueden reutilizar la infraestructura existente para la distribución y el almacenamiento de combustible y son más adaptables a los sistemas de propulsión existentes y las demandas de transporte, en particular, la aviación, el transporte pesado por carretera de larga distancia o el transporte marítimo.
“A menos que los vehículos y la infraestructura de hidrógeno, en general, se vuelvan más baratos que los motores de combustión interna y el almacenamiento de combustible líquido, será muy difícil motivar la elección del hidrógeno como combustible final”.
Sin embargo, este es quizás un argumento erróneo, ya que la letra pequeña muestra que cuando se habla de combustibles electrónicos (es decir, electrocombustibles derivados de la electricidad), se refiere al metanol electrónico para camionetas, camiones, autobuses y trenes, que no usan metanol hoy en día, tampoco existe una infraestructura de reabastecimiento de metanol para el transporte terrestre.
Y curiosamente, sus cálculos sobre el transporte marítimo se basan en el uso de e-metano, en lugar del e-amoníaco y el e-metanol que el sector marítimo realmente planea usar.
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