El hidrógeno puede utilizarse como materia prima, combustible o vector energético y almacenamiento de energía, tiene múltiples aplicaciones en el sector industrial, y presenta la ventaja de no emitir CO2 cuando se utiliza. Por ello, se considera un vector energético relevante para posibilitar la descarbonización de la economía. En este contexto, es pertinente disponer de un análisis sobre las posibles opciones que se abren a la industria española, mediante el uso de las nuevas tecnologías asociadas al hidrógeno, su potencial aplicación y plazo en el que sería viable. Todas estas cuestiones se recogen en un estudio sobre el hidrógeno, desde el que nos hacemos eco en Aula Magna, y que ha sido publicado por el Centro de Estrategia y Prospectiva Industrial (CEPI) promovido por la Fundación EOI. El estudio se centra en el hidrógeno verde y su aplicación a la industria española, no incluyendo en el mismo otras áreas tales como el transporte o los servicios, aunque es indudable que estos otros sectores inciden también sobre la descarbonización industrial, su análisis queda fuera del alcance del estudio.
El hidrógeno es objeto de una atención renovada y creciente a lo largo de Europa y el mundo entero como respuesta a las dificultades energéticas debido a las distintas tensiones geopolíticas. El hidrógeno puede utilizarse como materia prima, combustible o vector energético y almacenamiento de energía, y tiene muchas aplicaciones posibles en los sectores de la industria, el transporte, la electricidad y la construcción. El hidrógeno permite una reducción de emisiones al no producir CO2 cuando se utiliza como combustible. Por estos motivos, se le considera también como un vector energético fundamental, para posibilitar el cumplimiento de los objetivos vinculantes del Acuerdo de París, en particular por parte de los 27 países que forman la UE.
Dentro del perfil de consumo de energía primaria en España, el sector industrial representa el 25% del consumo final de energía (para usos no energéticos), frente al 40% del sector del transporte y el 35% del sector servicios. Este estudio pretende analizar la potencial descarbonización de la industria española por medio del hidrógeno. Para ello primeramente se han construido tres distintos escenarios realistas de descarbonización. Esto ha permitido estimar las necesidades energéticas a futuro de la industria española, según los diferentes escenarios. Posteriormente se han analizado los perfiles de consumo energético de los diferentes sectores industriales, así como los potenciales de descarbonización analizando las tecnologías sustitutivas basadas en el hidrógeno, tanto presentes actualmente en el mercado, como a medio y largo plazo. Finalmente, se han calculado los potenciales niveles de descarbonización asociados al hidrógeno, así como las necesidades de generación energética renovable para dicha descarbonización. El documento termina planteando una serie de recomendaciones para lograr alcanzar dichos niveles de descarbonización según dichos escenarios, en un horizonte 2050, cumpliendo así con los objetivos asociados no sólo al Plan Nacional Integrado de Energía y Clima 2021-2030 (PNIEC) y a la Estrategia de descarbonización a largo plazo 2050, sino con los distintos acuerdos europeos e internacionales acordados por España.
La evolución de los consumos finales de energía esperables en la industria española permite evaluar la contribución del hidrógeno a la descarbonización de la industria. Esta es la base fundamental para poder definir correctamente las necesidades de hidrógeno (y otras fuentes de energía renovable), y por lo tanto la potencialidad de penetración de dichas fuentes a medio y largo plazo.
Tendencias
Para ello se han analizado las tendencias propuestas por organismos internacionales competentes en la materia, tales como la Agencia Internacional de la Energía (IEA) y la Agencia Internacional de las Energías Renovables (IRENA). Estas tendencias han sido integradas con los objetivos nacionales recogidos en el PNIEC 2021-2030. En este punto cabe destacar que las distintas evoluciones analizadas arrojan distintos objetivos finales de descarbonización (tanto en reducción de emisiones como en ahorro energético), lo que requiere una parametrización coherente para la integración de estos objetivos. Como resultado se han establecido tres distintos escenarios de descarbonización, con distintos parámetros de exigencia en la reducción de emisiones de gases efecto invernadero, y agresividad en términos de inversión para alcanzar dichos objetivos.
- Escenario Tendencial. Este escenario está inspirado en el denominado escenario de promesas anunciadas (APC) de la Agencia Internacional de la Energía (IEA) en su documento “Net Zero by 2050”, en lo que respecta a la evolución energética de la industria, y es el que persiguen las políticas de descarbonización establecidas en el escenario del mismo nombre definido en el PNIEC 2021-2030. Este escenario establece un crecimiento sostenido del consumo final de la energía hasta el año 2050. Este escenario no persigue, por tanto, una eliminación total de emisiones para 2050, sino una reducción sustancial de las mismas.
- Escenario Cero emisiones Internacional. Este escenario está soportado en el escenario del mismo nombre definido por la IEA en su documento “Net Zero by 2050”, con los mismos objetivos allí establecidos en cuanto a evolución de las tecnologías de descarbonización. Este escenario se caracteriza por una reducción del consumo energético a partir del año 2030 gracias a la realización de inversiones en evoluciones tecnológicas en eficiencia y ahorro energético. En este escenario se logra la descarbonización casi total de la industria, excepto en ciertos sectores e industrias de difícil abatimiento1. Se establecen en cualquier caso unos objetivos exigentes en el desarrollo tecnológico y de implementación de las distintas tecnologías energéticas de descarbonización.
- Escenario Objetivo español con cero emisiones. Como el escenario anterior, se inspira en el escenario de emisiones cero de la IEA, pero considerando así mismo el ambicioso objetivo del PNIEC (Escenario Objetivo) en lo que se refiere a la incorporación de energías renovables, asumiendo en este caso que todos los sectores industriales alcanzarán una descarbonización total, incluidos aquellos identificados como de difícil abatimiento1. Se considera igualmente una reducción de consumo final de energía por parte de la industria, así como una transición energética total hacia tecnologías de cero emisiones de gases efecto invernadero. Este objetivo estaría alineado con las ambiciosas tesis de desarrollo de la industria del hidrógeno propuesto por la Unión Europea y el propio Gobierno de España en su Hoja de Ruta del Hidrógeno, e incluiría un esfuerzo adicional de incremento de producción de hidrógeno en diversas aplicaciones (hidrógeno verde y producción de combustibles sintéticos), así como la reducción total de consumo de combustibles fósiles convencionales en todos los sectores identificados, incluyendo aquellos definidos como de difícil abatimiento, beneficiándose del enorme potencial de España en energías renovables.
Adicionalmente, se analiza el contexto internacional de las distintas tecnologías de descarbonización presentes en el mercado actual, a medio, y a largo plazo. Como resultado se obtiene información detallada de disponibilidad temporal, eficiencia y factor de potencia (disponibilidad), rentabilidad, y viabilidad constructiva y de integración con los diferentes sectores industriales, que son parametrizados e incluidos en los algoritmos de cálculo para los diferentes escenarios. Las tecnologías energéticas estudiadas abarcan principalmente las tecnologías energéticas basadas en el hidrógeno. En su mayoría, estas tecnologías (pilas de combustible) permiten una producción conjunta de electricidad y calor, maximizando la eficiencia energética de la industria. Así mismo, presentan una alta modularidad, lo que permite una mejor adaptabilidad técnico-económica en la industria que las tecnologías actuales de cogeneración. Esto tiene una incidencia clara en el potencial de implementación a futuro que debe ser así mismo integrado en los algoritmos de cálculo. En aquellos casos en los que los requerimientos energéticos no permitan el empleo de pilas de combustible, se ha analizado el efecto y la integración de la combustión directa de hidrógeno como fuente energética. Los escenarios de implementación del hidrógeno deben tener en cuenta las dificultades logísticas que éste presenta. Primero, se debe tener en cuenta que los centros de producción a gran escala estarán localizados en puntos específicos de la geografía española, por lo que la distribución al resto de centros de consumo estará claramente limitada. Aunque se plantea el uso de algunas líneas de transporte dedicadas (proyectos Hydeal y Catalina, con la participación de ENAGAS), se considera el soft-blending como solución tecnológica inicial para la descarbonización por medio del hidrógeno. Este soft-blending puede ser local (en la propia industria con suministros dedicados) o, en menor medida, nacional (por medio de la inyección de hidrógeno en la red de transporte de gas natural, por debajo del 5%). Finalmente se valora y parametriza la sustitución total del consumo de fueloil y gases licuados del petróleo por hidrógeno presurizado, empleando la red de distribución ya establecida para estos combustibles fósiles.
Del mismo modo, la implementación del hidrógeno en la producción de combustibles sintéticos se ha tenido también en cuenta, ya que una parte no despreciable del consumo energético de la industria se debe al empleo de gasolinas para el transporte (consumos no incluidos en el sector del transporte ya que son consumos propios por parte de la industria española). Los combustibles sintéticos permiten facilitar los aspectos relativos a la distribución, el almacenamiento y el trasiego con respecto al hidrógeno, por lo que su influencia a medio y largo debe ser considerada. Finalmente se ha realizado un análisis de los perfiles de consumo de la industria española. En primer lugar, se han analizado las encuestas de consumo realizadas tanto por el Instituto para la diversificación y ahorro de la energía (IDAE) y EUROSTAT, como por el Instituto Nacional de Estadística (INE). Este análisis estadístico permite desglosar los consumos por fuente energética: electricidad, gas natural, fueloil y GLP, renovables y otros combustibles no convencionales. Los resultados estadísticos se han agrupado por CNAE siguiendo no sólo la agregación realizada por IDAE/EUROSTAT, sino también el desglose realizado con el INE. Estas encuestas, trabajadas de forma conjunta, permiten un conocimiento bastante ajustado de las demandas energéticas de la industria española. Pero las demandas absolutas no permiten desarrollar objetivos de integración de las tecnologías de descarbonización, ya que un aspecto fundamental es el análisis de los perfiles de consumos energéticos para cada industria. Por este motivo se ha realizado un análisis más detallado de los perfiles de consumo analizando los principales procesos productivos para cada uno de los sectores industriales. Esto permite conocer las necesidades de calor en forma de temperatura, vector energético (agua caliente, vapor o gases calientes) y combustible, estableciendo así los potenciales de sustitución de los sistemas actuales de consumo por otros de mejor eficiencia y completamente descarbonizados. Según los diferentes requerimientos energéticos, se ha procedido a una estructuración que ha permitido establecer las tecnologías basadas en el hidrógeno más competitiva en cada uno de los casos, teniendo en cuenta así mismo la disponibilidad tecnológica y la eficiencia energética. Como resultado se han obtenido los diferentes escenarios de penetración y uso del hidrógeno como tecnología para la transición energética y la descarbonización de la industria española, tanto en su vertiente de uso en combustión directa, como en el empleo de pilas de combustible y el consumo a través de combustibles sintéticos. Con estas tendencias de penetración, se han podido establecer los niveles de participación del hidrógeno en la descarbonización de la industria nacional, así como los requerimientos de electricidad por medio de energías renovables para satisfacer las demandas requerida para la producción de hidrógeno verde. Finalmente, el documento termina con una propuesta de recomendaciones para permitir el desarrollo del hidrógeno como actor relevante en la descarbonización de la industria española.
El estudio completo está disponible aquí.
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