Oportunitats del hidrogen en un futur sistema energètic integrat.

Una nova investigació, identifica les oportunitats clau de l'hidrogen per proporcionar sinergies al sistema energètic dels EUA i quantifica els seus possibles impactes en els mercats d'hidrogen.

L’hidrogen, és l’element més abundant de l’univers, amb molts usos actuals i potencials a les indústries químiques i refineries, fabriques i transport. Produir-lo, també pot ajudar a resoldre reptes relacionats amb la integració d’alts nivells de fonts  renovables variables de la xarxa. L’Oficina de Tecnologies de Cel·les de Combustible i Hidrogen de l’Oficina d’Eficiència Energètica i Energies Renovables de DOE lidera la iniciativa H2@Scale per avançar en la producció, el transport, l’emmagatzematge i la utilització d’hidrogen a preus accessibles en múltiples sectors energètics.

Mitjançant la iniciativa, els analistes de NREL, en col·laboració amb els investigadors del laboratori nacional Argonne, laboratori nacional Idaho, laboratori nacional Lawrence Livermore i experts de la indústria, van avaluar el potencial tecno-econòmic per la realització d’un sistema d’energia d’hidrogen integrat a mitjans del segle XXI.

El concepte H2@Scale, es basa en utilitzar l'hidrogen com a intermediari energètic per integrar sectors al sistema energètic. L'hidrogen, pot ser una alternativa a les actuals fonts d'energia  per a la indústria i el transport i així, proporcionar un mercat més gran i una càrrega flexible d'electricitat, que pot impulsar el desplegament de la generació d'energia renovable.

El concepte d’escala  H2@Scale

La visió  H2@Scale, es basa en que l’hidrogen actuaria com una infraestructura energètica que complementaria la xarxa elèctrica, a més de tenir un paper més important als sectors industrial i de transport. Avui, la demanda d’hidrogen dels EUA és de 10 milions de Tm anuals. Principalment, s'utilitza al sector industrial per a la refinació de petroli, la fabricació de fertilitzants i la producció de productes químics. Els nous usos de l’hidrogen avaluats a l’informe, inclouen la fabricació d’acer, els combustibles sintètics, l’emmagatzematge d’energia, la injecció al sistema de gas natural i els vehicles amb piles de combustible. L'estudi va caracteritzar el potencial econòmic del consum d'hidrogen en els sectors actuals i emergents, donats els avenços en R+D i els preus variables del gas natural i l'electricitat. En el 2050, l'estudi estima que la demanda dels EUA d'hidrogen podria augmentar fins a 22-41 milions de Tm/any.

Un dels mètodes avaluats de generació d’hidrogen,  és l’electròlisi, que divideix les molècules d’aigua en àtoms d’hidrogen i oxigen mitjançant electricitat. L’electròlisi té baixes emissions quan l’electricitat es genera mitjançant energia renovable o nuclear, però actualment és més cara que la producció d’hidrogen a partir del gas natural. L'estudi va avaluar el potencial d'electròlisi basat en R+D que redueix el cost de l'electrolitzador i la integració dels electrolitzadors amb la xarxa elèctrica a granel i amb les centrals nuclears.

Com que els electrolitzadors de baixa temperatura només requereixen uns segons per encendre’s i funcionar a la màxima capacitat, l’hidrogen també pot complementar fonts d’energia renovables variables mitigant problemes d’intermitència. Pot servir com a càrrega sensible a la xarxa elèctrica, millorar l’estabilitat de la xarxa, reduir la reducció i crear un flux d’ingressos addicional per als generadors d’electricitat. Aquesta funcionalitat pot donar suport a l’augment de la penetració de les renovables. Per exemple, l’anàlisi H2@Scal, indica que un augment de la generació eòlica fins a 2X és factible donat el creixement de la demanda d’hidrogen i l’ús d’electrolitzadors per monetitzar l’electricitat de baix cost i disponible de manera intermitent.

Agregar la demanda futura

Aquest informe és el primer tractat de forma integral sobre el potencial econòmic de la futura demanda multisectorial d’hidrogen als Estats Units. Els analistes van identificar el potencial d'un augment de dos a quatre vegades en la potencial demanda  d'hidrogen en cinc escenaris futurs. La producció d'hidrogen en aquests escenaris requeriria del 4% al 17% de l'ús d'energia primària dels EUA, si es compleixen els objectius d'R+D i es superen les barreres.

Els cinc escenaris es basaven en supòsits clau com els preus dels recursos, les condicions del mercat, la investigació i el desenvolupament de la tecnologia de l’hidrogen i la disponibilitat d’infraestructures. L’escenari de referència utilitza les condicions actuals, assumint poca tecnologia o desenvolupament del mercat. L’escenari d’electròlisi de menor cost assumeix la tecnologia i el desenvolupament més agressius del mercat, amb els tres escenaris restants dins d’aquest rang.

Basant-se en els supòsits i els preus que pagaran els usuaris per l’hidrogen, el potencial del mercat podria ascendir a 22-41 milions de tones mètriques anuals. Els motors clau d’aquest creixement inclouen els preus del gas natural i la reducció del cost de l’electròlisi a baixa temperatura, tot i que la demanda pot augmentar amb altres opcions d’ hidrogen de baix cost .

La major part del creixement es produirà probablement a les zones urbanes, però la refinació de metalls, la producció de biocombustibles i la producció de metanol podrien augmentar a les zones rurals.

Preguntes a resoldre

Per aprofitar el potencial del concepte H2@Scal, caldrà continuar la investigació, el desenvolupament i el desplegament, especialment per a la tecnologia dels electrolitzadors. A més, la contínua evolució dels mercats d’electricitat que permetria als electrolitzadors monetitzar els serveis d’energia i xarxa que poden proporcionar permetrien oportunitats considerables. Les futures anàlisis haurien de tenir en compte qüestions regionals, costos de transport i emmagatzematge i factors clau en les transicions econòmiques per fer créixer els mercats identificats.

Font:  Laboratori Nacional d'Energies Renovables (NREL) del Departament d'Energia dels Estats Units (DOE)