Què és l'hidrogen verd i per què el necessitem

És el moment adequat per aprofitar el potencial de l'hidrogen per jugar un paper clau a l'hora d'afrontar els reptes energètics crítics. Els èxits recents de les tecnologies d'energies renovables i els vehicles elèctrics han demostrat que la política i la innovació tecnològica tenen el poder de construir indústries globals d'energia neta.

L'hidrogen s'està convertint en una de les opcions principals per emmagatzemar energia procedent d'energies renovables amb combustibles basats en hidrogen que poden transportar energia d'energies renovables a llargues distàncies, des de regions amb abundants recursos energètics fins a zones amb fam d'energia a milers de quilòmetres de distància.

L'hidrogen verd va figurar en una sèrie de compromisos de reducció d'emissions a la Conferència de l'ONU sobre el Clima, COP26, com a mitjà per descarbonitzar la indústria pesant, el transport de mercaderies de llarg recorregut, el transport marítim i l'aviació. Tant els governs com la indústria han reconegut l'hidrogen com un pilar important d'una economia neta zero.

La Green Hydrogen Catapult, una iniciativa de les Nacions Unides per reduir el cost de l'hidrogen verd, va anunciar que gairebé duplica el seu objectiu d'electrolitzadors verds dels 25 gigawatts establerts l'any passat a 45 gigawatts el 2027. La Comissió Europea ha adoptat un conjunt de mesures legislatives. propostes per descarbonitzar el mercat del gas de la UE facilitant l'absorció de gasos renovables i amb baixes emissions de carboni, inclòs l'hidrogen, i per garantir la seguretat energètica per a tots els ciutadans d'Europa. Els Emirats Àrabs Units també estan augmentant l'ambició, amb la nova estratègia d'hidrogen del país que té com a objectiu mantenir una quarta part del mercat mundial d'hidrogen baix en carboni l'any 2030 i el Japó va anunciar recentment que invertirà 3.400 milions de dòlars del seu fons d'innovació verda per accelerar la investigació i el desenvolupament. promoció de l'ús d'hidrogen durant els propers 10 anys.

És possible que trobeu els termes "gris", "blau", "verd" associats a l'hora de descriure les tecnologies d'hidrogen. Tot es redueix a la manera com es produeix. L'hidrogen només emet aigua quan es crema, però crear-lo pot ser intensiu en carboni. Depenent dels mètodes de producció, l'hidrogen pot ser gris, blau o verd, i de vegades fins i tot rosa, groc o turquesa. Tanmateix, l'hidrogen verd és l'únic tipus produït d'una manera climàticament neutra, per la qual cosa és fonamental arribar a zero net el 2050.

Vam demanar al doctor Emanuele Taibi, cap de les estratègies de transformació del sector elèctric de l'Agència Internacional d'Energies Renovables (IRENA) que ens expliqui què és l'hidrogen verd i com podria obrir el camí cap a les emissions netes zero. Actualment està basat al Centre d'Innovació i Tecnologia d'IRENA a Bonn, Alemanya, on és responsable d'ajudar els països membres a dissenyar estratègies per a la transformació del sector elèctric, i actualment gestiona el treball sobre flexibilitat del sistema elèctric, hidrogen i emmagatzematge com a claus. facilitadors de la transició energètica. El doctor Taibi també és co-comissari de la plataforma d'intel·ligència estratègica del Fòrum Econòmic Mundial, on el seu equip va desenvolupar el mapa de transformació de l'hidrogen.

Tecnologies d'hidrogen verd

Què et va motivar a desenvolupar la teva experiència en tecnologies energètiques i com hi contribueix la teva feina a IRENA?

Va ser durant el meu treball de fi de màster. Vaig fer pràctiques a l'Agència Nacional Italiana d'Energia i Medi Ambient (ENEA), on vaig aprendre sobre el desenvolupament sostenible i l'energia, i el nexe entre tots dos. Vaig escriure la meva tesi en enginyeria de gestió sobre això i vaig decidir que aquesta era l'àrea on volia centrar la meva vida laboral. Amb gairebé 20 anys d'experiència en energia i cooperació internacional, doctorat en Tecnologia Energètica i temps passat al sector privat, a la recerca i agències intergovernamentals, actualment dirigeixo l'equip de transformació del sector elèctric d'IRENA des del 2017.

La meva feina a IRENA consisteix a contribuir, amb el meu equip i en estreta cooperació amb col·legues de l'agència i socis externs com el Fòrum Econòmic Mundial, a donar suport als nostres 166 països membres en la transició energètica, amb un enfocament en el subministrament d'electricitat renovable i la seva s'utilitza per descarbonitzar el sector energètic mitjançant electrons verds i molècules verdes com l'hidrogen i els seus derivats.

Què és l'hidrogen verd? En què es diferencia de l'hidrogen "gris" i l'hidrogen blau tradicionals amb emissions intensives?

L'hidrogen és l'element més simple i petit de la taula periòdica. No importa com es produeixi, acaba amb la mateixa molècula lliure de carboni. Tanmateix, les vies per produir-lo són molt diverses, i també ho són les emissions de gasos d'efecte hivernacle com el diòxid de carboni (CO2) i el metà (CH4).

L'hidrogen verd es defineix com l'hidrogen produït dividint l'aigua en hidrogen i oxigen utilitzant electricitat renovable. Aquest és un camí molt diferent en comparació amb el gris i el blau.

L'hidrogen gris es produeix tradicionalment a partir de metà (CH4), dividit amb vapor en CO2 -el principal culpable del canvi climàtic- i H2, hidrogen. L'hidrogen gris s'ha produït cada cop més també a partir del carbó, amb emissions de CO2 significativament més elevades per unitat d'hidrogen produït, tant que sovint s'anomena hidrogen marró o negre en lloc de gris. Actualment es produeix a escala industrial, amb emissions associades comparables a les emissions combinades del Regne Unit i Indonèsia. No té valor de transició energètica, tot el contrari.

L'hidrogen blau segueix el mateix procés que el gris, amb les tecnologies addicionals necessàries per capturar el CO2 produït quan es divideix l'hidrogen del metà (o del carbó) i emmagatzemar-lo a llarg termini. No és un color sinó una gradació molt àmplia, ja que no es pot captar el 100 per cent del CO2 produït, i no tots els mitjans per emmagatzemar-lo són igual d'efectius a llarg termini. El punt principal és que capturant gran part del CO2, l'impacte climàtic de la producció d'hidrogen es pot reduir significativament.

Hi ha tecnologies (és a dir, la piròlisi del metà) que prometen altes taxes de captura (90-95 per cent) i un emmagatzematge efectiu a llarg termini del CO2 en forma sòlida, potencialment molt millor que el blau que mereixen el seu propi color a la " taxonomia de l'hidrogen arc de Sant Martí", hidrogen turquesa. No obstant això, la piròlisi del metà encara es troba en fase pilot, mentre que l'hidrogen verd s'està ampliant ràpidament basant-se en dues tecnologies clau: l'energia renovable (en particular, la solar fotovoltaica i l'eòlica, però no només) i l'electròlisi.

A diferència de l'energia renovable, que és la font d'electricitat més barata a la majoria de països i regions actuals, l'electròlisi per a la producció d'hidrogen verd ha d'augmentar significativament i reduir el seu cost almenys tres vegades durant la propera dècada o dues. Tanmateix, a diferència del CCS i la piròlisi del metà, l'electròlisi està disponible comercialment avui en dia i es pot adquirir a partir demúltiples proveïdors internacionals ara mateix.

Solucions energètiques d'hidrogen verd

Quins són els mèrits de les solucions de transició energètica cap a una economia d'hidrogen "verda"? Com podríem passar a una economia d'hidrogen verda des d'on ens trobem actualment amb l'hidrogen gris?

L'hidrogen verd és una peça important de la transició energètica. No és el següent pas immediat, ja que primer hem d'accelerar encara més el desplegament de l'electricitat renovable per descarbonitzar els sistemes elèctrics existents, accelerar l'electrificació del sector energètic per aprofitar l'electricitat renovable de baix cost, abans de descarbonitzar finalment els sectors que són difícils d'electrificar. com la indústria pesant, el transport marítim i l'aviació, a través de l'hidrogen verd.

És important assenyalar que avui produïm quantitats importants d'hidrogen gris, amb elevades emissions de CO2 (i metà): la prioritat seria començar a descarbonitzar la demanda d'hidrogen existent, per exemple substituint l'amoníac del gas natural per amoníac verd.

Estudis recents han provocat un debat sobre el concepte d'hidrogen blau com a combustible de transició fins que l'hidrogen verd esdevingui competitiu en costos. Com es convertiria l'hidrogen verd en costos competitius en comparació amb l'hidrogen blau? Quin tipus d'inversions estratègiques s'han de produir en el procés de desenvolupament tecnològic?

El primer pas és proporcionar un senyal perquè l'hidrogen blau substitueixi el gris, ja que sense un preu per l'emissió de CO2, no hi ha un cas de negoci perquè les empreses inverteixin en un sistema de captura de carboni (CCS) complex i costós i emmagatzematge geològic de CO2. Una vegada que el marc és tal que l'hidrogen baix en carboni (blau, verd, turquesa) sigui competitiu amb l'hidrogen gris, llavors la pregunta és: hem d'invertir en CCS si el risc és tenir actius encallats, i fins a quin punt el verd serà més barat que blau.

Per descomptat, la resposta variarà segons la regió. En un món net zero, un objectiu amb el qual cada cop més països es comprometen, les emissions restants de l'hidrogen blau s'haurien de compensar amb emissions negatives. Això tindrà un cost. Paral·lelament, els preus del gas han estat molt volàtils últimament, deixant el preu de l'hidrogen blau altament correlacionat amb el preu del gas i exposat no només a la incertesa del preu del CO2, sinó també a la volatilitat del preu del gas natural.

Per a l'hidrogen verd, però, podríem presenciar una història similar a la de la fotovoltaica solar. És intensiva en capital, per tant, hem de reduir el cost de la inversió, així com el cost de la inversió, mitjançant l'augment de la fabricació de tecnologies renovables i electròlitzadors, alhora que es crea una presa de baix risc per reduir el cost de capital per a les inversions en hidrogen verd. Això conduirà a un cost estable i decreixent de l'hidrogen verd, en contraposició a un cost volàtil i potencialment creixent de l'hidrogen blau.

Les tecnologies d'energia renovable ja han arribat a un nivell de maduresa que permet la generació d'electricitat renovable competitiva a tot el món, un requisit previ per a la producció competitiva d'hidrogen verd. Els electròlitzadors, però, encara es despleguen a una escala molt petita, i necessiten una escala de tres ordres de magnitud en les properes tres dècades per reduir el seu cost per tres.

Avui, el gasoducte dels projectes d'hidrogen verd està en camí de reduir a la meitat el cost de l'electrolític abans del 2030. Això, combinat amb grans projectes situats on es troben els millors recursos renovables, pot fer que l'hidrogen verd competitiu estigui disponible a escala en el proper {{1 }} anys. Això no deixa gaire temps perquè l'hidrogen blau, encara en fase pilot avui, passi d'una escala pilot a una comercial, desplegar projectes complexos (per exemple, l'emmagatzematge geològic de CO2 a llarg termini) a escala comercial i un cost competitiu, i recuperar les inversions realitzades en el propers 10-15 anys.

Diversos governs han inclòs ara les tecnologies de combustible d'hidrogen a les seves estratègies nacionals. Tenint en compte les creixents demandes de transició cap a la descarbonització de l'economia i les tecnologies habilitants amb taxes de captura de carboni més altes, quin seria el vostre consell als responsables polítics i responsables de la presa de decisions que avaluen els avantatges i els contres de l'hidrogen verd?

Necessitarem hidrogen verd per arribar a zero emissions netes, en particular per a la indústria, el transport marítim i l'aviació. Tanmateix, el que necessitem amb més urgència és:

1) eficiència energètica;

2) electrificació;

3) creixement accelerat de la generació d'energia renovable.

Un cop aconseguit això, ens queden ca. El 40 per cent de la demanda es descarbonitzarà, i aquí és on necessitem hidrogen verd, bioenergia moderna i ús directe de les renovables. Un cop ampliem encara més l'energia renovable per descarbonitzar l'electricitat, estarem en condicions d'ampliar encara més la capacitat d'energia renovable per produir hidrogen verd competitiu i descarbonitzar sectors difícils de reduir amb un cost addicional mínim.

On veus que evolucionen les tecnologies energètiques relacionades amb l'hidrogen per al 2030? Podríem preveure vehicles comercials propulsats per hidrogen?

Veiem l'oportunitat d'una ràpida absorció d'hidrogen verd en la propera dècada on ja existeix la demanda d'hidrogen: descarbonització d'amoníac, ferro i altres productes bàsics existents. Molts processos industrials que utilitzen hidrogen poden substituir el gris pel verd o el blau, sempre que el CO2 tingui un preu adequat o s'estableixin altres mecanismes per a la descarbonització d'aquests sectors.

Per al transport marítim i l'aviació, la situació és lleugerament diferent. Els combustibles incorporats, basats en hidrogen verd, però essencialment idèntics al combustible per a avions i al metanol produïts a partir del petroli, es poden utilitzar en avions i vaixells existents, amb un mínim o cap ajust. Tanmateix, aquests combustibles contenen CO2, que s'ha de captar d'algun lloc i afegir-lo a l'hidrogen, per tornar-lo a alliberar durant la combustió: això redueix però no soluciona el problema de les emissions de CO2. Els combustibles sintètics es poden desplegar abans del 2030, si hi ha els incentius adequats per justificar el cost addicional de les emissions reduïdes (no eliminades).

En els propers anys, els vaixells podran passar a l'amoníac verd, un combustible produït a partir d'hidrogen verd i nitrogen de l'aire, que no conté CO2, però caldran inversions per substituir motors i dipòsits, i actualment l'amoníac verd és molt més car que gasolina.

Els avions d'hidrogen (o amoníac) estan més lluny, i es tractaran essencialment d'avions nous que s'hauran de dissenyar, construir i vendre a les companyies aèries per substituir els avions actuals propulsats amb combustible a reacció, evidentment no factible per al 2030: en aquest sentit, jet verd El combustible, produït amb una combinació d'hidrogen verd i bioenergia sostenible, és una solució que es pot desplegar a curt termini.

En conclusió, les principals accions per accelerar la descarbonització d'aquí al 2030 són 1) eficiència energètica 2) electrificació amb energies renovables 3) acceleració ràpida de la generació d'energia renovable (que reduirà encara més el cost ja baix de l'electricitat renovable) 4) ampliació de l'energia sostenible , la bioenergia moderna, necessitava, entre d'altres, produir combustibles verds que requereixen la descarbonització de CO2 5) de l'hidrogen gris amb hidrogen verd, la qual cosa augmentaria l'escala i reduiria el cost de l'electròlisi, fent que l'hidrogen verd fos competitiu i preparat per a un altre escalar a la dècada de 2030, cap a l'objectiu d'assolir les emissions netes zero el 2050.

El Fòrum Econòmic Mundial és un defensor de llarga data de l'agenda d'hidrogen net des del 2017, després d'haver ajudat, entre altres coses, a la creació del Consell de l'Hidrogen, a l'establiment d'un Repte d'Innovació en Hidrogen en col·laboració amb Mission Innovation i a la creació, juntament amb el Comissió de Transicions Energètiques, de la plataforma Mission Possible per ajudar a la transició de sectors difícils de reduir cap a zero emissions netes l'any 2050. Llegiu més sobre la Iniciativa Accelerating Clean Hydrogen aquí.