Hidrogen verd.

En el context de la descarbonització de sistemes energètics arreu del món, quin paper té l’hidrogen verd que es genera a partir de fonts d’energia renovables mitjançant electrolitzadors? 

És una quimera irrealitzable, una realitat possible però llunyana, una oportunitat de canvi de joc o la panacea de tots els nostres problemes de descarbonització? 

A continuació s'exposaran diferents visions què s’estan explorant al Regne Unit i a Austràlia, dos dels països que lideren els debats sobre l’hidrogen.

L'hidrogen s'ha estat utilitzant pels viatges a l'espai i, des de llavors hi han hagut diversos debats pel que te a veure sobre els seus aspectes econòmics. Tanmateix, fa molt poc que la maduresa tecnològica i l’escala de producció fan que sigui un candidat seriós  per jugar un paper en els futurs sistemes d’energia. En particular, diversos fulls de ruta a tot el món preveuen l’ús de l’hidrogen com a vector energètic per donar suport a la descarbonització de tot el sistema energètic. En aquest sentit, una de les opcions clau és l’hidrogen verd procedent de l’electròlisi alimentada per les fonts d'energia d'electricitat renovable, donat que cada cop més,  surten a la llum gràcies a que disminueix el cost de les tecnologies de les energies renovables. No obstant això, els reptes i les oportunitats tecno-econòmiques que estan apareixent per a l’hidrogen verd poden ser molt diferents per als diferents països.

L’economia de la producció d’hidrogen ecològic està estretament associada al cost de la pròpia tecnologia. En aquest sentit, si bé el cost de la tecnologia de les energies renovables, sobretot per a l’eòlica i encara més per a l’energia solar, ha baixat dràsticament en la darrera dècada i continua seguint la tendència, els electrolitzadors encara són cars. Tanmateix, és probable que l’economia d’escala de les diferents tecnologies d’electrolitzadors tinguin un paper enorme, tal com va passar realment per a les energies renovables, amb costos que poden baixar significativament amb l’augment del volum de producció. També es podrien derivar  substancials beneficis de l’economia d’abastiment, amb la possibilitat d’utilitzar l’hidrogen per donar suport a diversos sectors, tal com es preveu en els “centres d’hidrogen” de molts països.

L’hidrogen verd produït a partir d’energies renovables en zones restringides a la xarxa elèctrica es podria injectar a la xarxa de gas per descarbonitzar el sector del gas. La viabilitat d’aquest procés d’energia a gas depèn d’una sèrie de factors, inclosos, entre d’altres, la disponibilitat de la xarxa de gas en una proximitat relativament propera i la disponibilitat de fluxos de gas suficients al punt d’injecció. De fet, particularment a nivell de transport, el risc  filtració a les canonades d’acer i la seva fragilitat, podria suposar restriccions al percentatge d’hidrogen que es podria barrejar amb el gas natural, mentre que a nivell de distribució això no  podria suposar cap problema o ser un problema menor, a causa de l'ús de canonades de plàstic. En general, a llarg termini, es necessitaria una certa adaptació de les canonades de la xarxa de gas i altres equips (per exemple, estacions de compressors).

Un altre aspecte important a tenir en compte de la infraestructura, especialment per al transport a gran escala i de llarga distància (inclòs el país) d’hidrogen verd, és la idoneïtat i l’economia del transport d’energia en forma d’electrons (transportar electricitat i convertir-la en hidrogen a el punt d’ús) o les molècules (produeixen hidrogen al lloc de les energies renovables i després es transporten a les canonades). Hi han investigacions que proposen que una cartera òptima de línies HVDC i canonades d’hidrogen podria ser la millor opció, en funció de la distància de transport i la quantitat de transferència d’energia. Les limitacions de la disponibilitat d’aigua també afectarien a la òptima solució. En general, l’impacte sobre la infraestructura elèctrica pot ser substancial i s’ha de considerar adequadament en la planificació del sistema integrat.

Actualment, hi han dos països que lideren la captació d’energies renovables i també estan considerant vies de descarbonització basades en l’hidrogen, inclòs l’hidrogen verd, són el Regne Unit i Austràlia. No obstant això, els seus punts de partida pel que fa a l'actual sistema energètic són força diferents, cosa que també suggereix un gran ventall de potencials  aplicacions  per a l'hidrogen:

Regne Unit: Demanda de calor molt estacional, principalment subministrada per gas; la màxima demanda hivernal tant d’electricitat com de calor, amb una elevada utilització de gas; una important demanda energètica per al transport; el potencial d’energies renovables és improbable que pugui cobrir tota la demanda d’energia; la flexibilitat del sistema energètic (tant per a electricitat com per a calor) basant-se essencialment en el gas; necessitat d’importació d’energia.

Austràlia: Demanda de calor relativament baixa, sobretot a Victòria; demanda màxima d’electricitat a l’estiu; elevada demanda energètica industrial global i una gran demanda energètica per al transport; gran part de la flexibilitat del sistema que proporciona el gas; potencial d'energia renovable pràcticament infinit, capaç de cobrir moltes vegades l'electricitat i, en el cas, la demanda energètica global; una gran exportació d’energia, inclòs el gas natural liquat, i un gran potencial d’exportació d’energies renovables.

Com a important punt comú, tant el Regne Unit com Austràlia, ambdós adopten una visió segons la qual l'acoblament sectorial i el desenvolupament dels sistemes multi-energètics poden afavorir la descarbonització de tot el sistema. És en aquest context que exploren, mitjançant diferents projectes i assajos pràctics, hi han diversos camins per al desplegament d’hidrogen: 

- Abasten des de la injecció d’hidrogen a la xarxa de gas fins al subministrament d’usuaris domèstics i comercials.

- Portar una mescla de gas, a concentradors industrials d’hidrogen per a múltiples productes i serveis. En particular, com es va esmentar anteriorment, l’explotació de l’economia d’abast i els centres d’hidrogen de càrrega industrial  actuals s’estan considerant clau per fer els primers passos cap al desenvolupament de projectes d’hidrogen tant a Austràlia com al Regne Unit. 

Al Regne Unit, el principal motor per al desenvolupament de l’hidrogen verd és la flexibilitat que podrien proporcionar els electrolitzadors per integrar les energies renovables. Aquesta flexibilitat es refereix tant a propòsits d’equilibri d’operacions a curt termini com a emmagatzematge a llarg termini (estacional). En particular, l’emmagatzematge estacional esdevé essencial en un futur basat en les energies renovables, sobretot si el nucli ja no es considerava una opció viable. En fer-ho, l’hidrogen verd es podria desplegar en diferents mides, com a part d’una cartera més àmplia centrada al voltant d’un sistema d’energia més electrificada, per donar suport, en particular, a la descarbonització dels sectors de gas i calefacció a més d’alguns segments de transport. Donada la proporció d’escala de consum d’energia i disponibilitat de recursos renovables, la producció d'hidrogen baix en carboni a partir del gas natural amb l'adopció de captura i emmagatzematge de carboni és una altra opció important a considerar. Diversos projectes al Regne Unit posen a prova la viabilitat i exploren els límits d’aquestes estratègies i requisits, inclòs amb l’objectiu de desplegar l’enorme capacitat d’emmagatzematge de la xarxa de gas per emmagatzemar energia renovable.

A Austràlia també s’estan realitzant estudis i assajos similars sobre el desplegament de l’actiu de l'existent  xarxa de gas. A més, donat el seu enorme potencial en producció eòlica i solar i a un cost molt baix, Austràlia està explorant visions més atrevides per convertir-se en una superpotència d’energies renovables desenvolupant “combustibles futurs” sense carboni, incloent i, en particular, l’hidrogen verd. Es podrien exportar a altres països amb un potencial limitat d’energies renovables, com Corea i el Japó, per donar suport als seus objectius de descarbonització. En aquest sentit, es preveuen  electrolitzadors a gran escala ja que són càrregues extremadament flexibles i  no només facilitarien la integració de les energies renovables proporcionant serveis de seguretat i flexibilitat a curt termini i opcions d’adequació i resistència a llarg termini (per exemple, , mitjançant emmagatzematge estacional acoblat a piles de combustible i turbines d’hidrogen), sinó també, es podria “desenvolupar” eficaçment juntament amb un sistema elèctric renovable. En el context de l'exportació d'energies renovables, la tecnologia utilitzada per al transport de combustibles futurs (per exemple, basada en hidrogen o amoníac verd) i el seu cost, tindrien un paper important, i això és objecte d'importants investigacions i proves. 

Els futurs combustibles, també podrien donar suport a la descarbonització de la indústria pesada, inclosa la fabricació de metalls d’alta intensitat energètica com l’alumini i l’acer, que de nou es podrien exportar com a productes amb carboni incrustat. Això seria clau en un futur de comerç de productes bàsics baixos en carboni. La tecnologia utilitzada per a l'enviament de futurs combustibles (per exemple, basada en hidrogen o amoníac verd) i el seu cost, tindrien un paper important, i això és objecte d'importants investigacions i proves. 

Malgrat la diversitat de situacions exemplificades, sembla que hi ha una opció consistent del potencial paper que l’hidrogen verd podria tenir en els futurs sistemes energètics de tot el món, tal com es va desprendre de la discussió sobre dos sistemes molt diferents, com el Regne Unit i Austràlia. No obstant això, encara s’enfronten diversos reptes, inclosa la dificultat de resoldre les complexes interaccions tecno-econòmiques que sorgeixen en un context de “sistema multi-energètic” quan diferents vectors d’energia (electricitat, hidrogen, gas), infraestructures en xarxa, sectors (inclosa la calor) , el transport i la indústria pesada) i els mercats, s’uneixen.

A curt termini, serà essencial identificar les opcions disponibles per augmentar les oportunitats de negoci per a l’hidrogen verd, que poden incloure l’ús d’electrolitzadors per participar en mercats de serveis auxiliars. A llarg termini, el pla per al desenvolupament d’una infraestructura multi-energètica integrada i la seva economia, així com la disponibilitat d’un mercat internacional d’hidrogen renovable (en el qual Austràlia podria jugar un paper com a important exportador i el Regne Unit com a importador) ) són els grans desconeguts. Un altre canvi de joc a llarg termini seria el tema de la resistència energètica. 

Independentment del tipus i específiques escales d’implementació a les diferents regions, és molt probable que un futur energètic net, assequible, segur i resistent inclogui una barreja de carteres de tecnologia i infraestructures híbrides on l’hidrogen i, particularment, l’hidrogen verd puguin tenir un paper important. 

Font: IEEE Smart Grids.