Factfulness de hidrógeno: Parte II

Va a ser un análisis largo, que iremos desvelando en las próximas tres newsletter.

Para hacerlo, vamos a retraernos exclusivamente al caso de España, tratando de proyectar los futuros consumos en los sectores en los cuales sabemos que el hidrógeno tendrá un papel e incluso en aquellos que quizás no tanto. Todo, como ya sabéis, con cálculos rápidos y números someros en los cuales si estáis interesados podemos profundizar para darle todas las referencias necesarias.

Del mismo modo, distinguiremos dos cosas:

• Mercado regulado: Es innegable que el hidrógeno, como ya ocurrió con las renovables, tendrá que penetrar en los sistemas energéticos a través de regulaciones de los diferentes estados, bien sea a través de cuotas, incentivos o similares, como ya se está viendo hoy en día. El mercado regulado será fundamental para cumplir las estrategias de despliegue del hidrógeno, pero sobre todo debe allanar el camino para que el hidrógeno entre dentro de lo que llamamos mercado natural. No prevemos que el mercado regulado desaparezca, bien sea de un modo u otro siempre estará presente, aunque sea de un modo más sutil que fijando cuotas obligatorias, por ejemplo, encareciendo el gas natural o las importaciones de productos de otras economías. Este mercado es especialmente importante en los próximos 10 años.

• Mercado natural: Como ya ocurrió con las renovables, el hidrógeno llegará a imponerse al coste de equivalentes como puede ser en el caso de la movilidad pesada por carretera a partir de 2030. Aquí, con infraestructura y vehículos disponibles, se abrirán oportunidades que permitan un crecimiento orgánico, más allá del impulsado meramente por normativas. Podría darse también en otros casos como aquellos impulsados por mercados voluntarios donde corporaciones o partes de la población decidan comprar productos verdes como ya está ocurriendo con licitaciones como la de ZEMBA.

Usos del hidrógeno

Antes de comenzar, y sin tratar de reinventar la rueda, tomaremos prestada esta ilustración de IRENA en la cual se identifican aquellos sectores en los cuales el hidrógeno sí tendrá un mercado. Estas aplicaciones serán las que utilicemos para analizar la demanda total y potencial (aplicando un porcentaje de penetración del H2 renovable) en España:

Ilustración 1 Aplicaciones donde el hidrógeno tendrá mayor prioridad ante la electricidad (IRENA)

Estos sectores son:

• Refinerías: Tanto para la producción de combustibles como para la producción de fertilizantes o productos químicos. En este análisis no se estudiará una futura bajada del consumo de hidrógeno en las refinerías con el paso de los años debido a un menor uso de los combustibles fósiles.
• Producción de acero: Para la reducción del mineral de hierro en los altos hornos en sustitución del carbón.
• Transporte aéreo y marítimo: En sustitución de productos petrolíferos como fueloil y queroseno. Compitiendo con biocombustibles aunque, como veremos, con sinergias.
• Generación de calor a alta temperatura: En industrias con requerimientos de más de 400 ºC. Sustituyendo a gas natural o carbón y compitiendo con la electricidad o biogases.
• Almacenamiento estacional: Para el almacenamiento de energía renovable durante largos periodos de tiempo. No consideraremos este caso para este análisis por la dificultad de estimar cualquier cantidad.
• Transporte por carretera: Para su uso en camiones y autobuses de largo recorrido. Competirá con biocombustibles y con las baterías, aunque el uso de estas en vehículos de larga distancia es difícil por las necesidades operativas y de infraestructura (desplegar múltiples cargadores de 1 MW de potencia en las gasolineras actuales donde paran 20 camiones por hora es una utopía).

De este modo, y dejando atrás la posible exportación a Europa, así como el almacenamiento estacional, pasaremos a hacer el análisis del mercado potencial y asumible para el hidrógeno en España.

Demandas por sector

Como ya habréis percibido antes, el hidrógeno tendrá diferentes finalidades en función del sector en el que se utilice, bien sea como materia prima o como fuente de energía.

Refinerías

¿Cuánto hidrógeno consumen hoy las refinerías y la química en España?

España consume actualmente 500.000 toneladas de hidrógeno en las propias refinerías y plantas químicas, que se dividen en 300.000 tH2/año para el propio tratamiento del petróleo y 200.000 tH2/año para la producción de fertilizantes. Con una producción estimada de 100 toneladas de hidrógeno por MW de electrólisis instalada (60 % factor utilización asumido), esto supondría un total de 5 GW de electrólisis necesaria simplemente para descarbonizar la producción actual de hidrógeno gris.

Sin embargo, de las refinerías y de las plantas químicas no solamente sale combustible, sino que de aquí salen productos necesarios para nuestra vida diaria. Productos que seguiremos usando siempre y que, en un escenario descarbonizado tendrán que producirse de forma sostenible.

Ilustración 2 Productos obtenidos de las diferentes fracciones del petróleo

Lo que más nos interesa aquí es la fracción de la nafta, a través de la cual se producen las olefinas y la mayor parte de los plásticos. Utilizaremos un valor de referencia de que un 12 % del petróleo que entra en el proceso sale en forma de nafta.

Habiéndose consumido en España en 2024 aproximadamente 60 millones de toneladas de petróleo, la producción de nafta rondaría los 7,2 millones de toneladas, las cuales reduciremos a 6 Mt/año ya que un porcentaje (15-20 %) se mezcla con gasolina. Ahora es cuando vendrá la simplificación más grande de todo este análisis, que será asumir que de 1 tonelada de nafta obtendremos media tonelada de olefinas (etileno, propileno y similares), mientras que prescindimos de otros subproductos de la reacción.

Así pues, esas 6 Mt/año de nafta se convierten a 3 Mt/año de olefinas que se utilizarán en la producción de plásticos, fibras, resinas, disolventes… la base de la química, vaya.

Como sabéis si nos seguís, cuando hablamos de química sostenible hablamos de metanol, y es que esta molécula se puede convertir a olefinas, de modo que sustituya al petróleo como materia prima. Esto ya se hace mucho en China, aunque con metanol fósil.

¿Cuánta electrólisis sería necesaria para descarbonizar olefinas con metanol verde?

En este caso, las plantas que convierten metanol a olefinas, consumen alrededor de 1,8 toneladas de metanol por cada tonelada de olefinas. De este modo, serían necesarias en España 5,4 millones de toneladas de metanol para descarbonizar por completo la producción de químicos que hoy se hacen a partir de petróleo (hemos obviado posibles consumos de gas natural por falta de información).

Ya para llegar al final… una tonelada de metanol requiere 0,2 toneladas de hidrógeno para producirse, por lo que 1,08 millones de toneladas de hidrógeno serían necesarias para producir todas las olefinas que se producen hoy en día. Esta cantidad de hidrógeno, equivale a 10 GW de electrólisis.

Llegados a este punto… ya tenemos una visión interesante de los consumos en la industria petroquímica:

Tabla 1  Consumos equivalentes en hidrógeno y capacidad de electrólisis para el sector petroquímico.

Transporte

Desde AtlantHy somos de la opinión de que el hidrógeno tendrá un papel importante en todo lo que es la movilidad pesada, desde aviación hasta transporte por carretera, pasando por el sector marítimo. No creemos que el transporte personal o incluso urbano vaya a ser un foco de consumo significativo de hidrógeno, puesto que aquí la electrificación con vehículos de baterías debería ser el gran artífice de la descarbonización si nada cambia de forma radical.

Por esto, centraremos el análisis en el transporte aéreo, marítimo y el de los movimientos de mercancías por carretera, siendo los dos primeros casos siempre promovidos por un mercado regulado y encontrando, curiosamente, un mercado natural en el último, el cual, además es el mayor de los potenciales consumidores por las grandes demandas energéticas que tiene.

Por hacer una breve introducción para explicar el caso de análisis, sabéis que tenemos en Europa dos reglamentos, el ReFuelEU Aviation y el FuelEU Maritime. El primero, fija unas obligaciones de consumo de e-SAF (asumiremos RFNBO) muy claros, mientras que el segundo, quizás debido a la variedad de combustibles que pueden admitir los barcos, solamente determina objetivos de cara a 2030 o penalizaciones si en 2034 no se alcanza un 2 % de RFNBOs en el consumo de los barcos. De todos modos, y como sabéis, tras la propuesta de la IMO, el FuelEU Maritime puede pasar a mejor vida más pronto que tarde. No haremos mucho caso en este caso al borrador del RD de Fomento de Combustibles Renovables, ya que apenas hace referencia a estos consumos.

Por tanto, lo que hemos decidido, para ser más rápidos y para mantenernos en esos “números de servilleta” es hacer este análisis somero asumiendo la misma penetración de RFNBOs en el sector aéreo y en el sector marítimo, que son como se muestra a continuación:

Ilustración 3 Porcentajes de SAF y e-SAF según ReFuelEU Aviation (EASA)

De este modo, el porcentaje de e-SAF con respecto al combustible total dispensado pasará del 1,2 % en 2030 al 35 % en el año 2050. Esto, como ya hemos indicado, lo replicaremos en el sector marítimo.

Ambos sectores son grandes demandantes de energía, implicando aproximadamente un 2-2,5 % de las emisiones mundiales de CO2. En España, hoy en día, son consumidores de 75.000 (marítimo) y 79.200 (aviación) GWh/año, en absoluto baladí la demanda energética que surge aquí.

Para hacer la conversión, consideraremos el uso de queroseno sintético en el caso del sector aéreo (2,5 kg queroseno/kg H₂) y metanol renovable (5 kg metanol/kg H₂) en el caso del transporte marítimo.

Para terminar con el caso del transporte, nos queda irnos al transporte de mercancías, donde el consumo asciende a 114.700 GWh/año para nuestro país. Impresionante, ¿verdad?

Bien es cierto que el consumo de hidrógeno por parte de los camiones implicaría una mayor eficiencia energética de los mismos, puesto que un camión diésel apenas tiene una eficiencia del 40 % mientras que un FCEV ya tiene una eficiencia del 50%. De este modo, hay una ganancia de un 25 % en el aprovechamiento de la energía, lo que quiere decir una demanda de un 25 % menos de energía.

En este caso, tampoco nos iremos al borrador del RD de Fomento de Combustibles Renovables, ya que como hemos comentado, el objetivo de este análisis es puramente mostrar el mercado que se nos abre y visualizar su tamaño.

Analizando los consumos actuales y las eficiencias de transformación en el cambio hacia el hidrógeno…

Tabla 2 Consumos equivalentes en hidrógeno y capacidad de electrólisis para el sector transporte.

Industria

El mundo industrial no solo consumirá hidrógeno en el sector petroquímico. Como sabemos, tanto el sector de la producción de acero como la propia generación de calor en las industrias serán susceptibles de utilizar hidrógeno como agente descarbonizador.

En el primer caso, el del acero, pese a que en España se producen casi 12 millones de toneladas de acero, lo cierto es que gran parte proviene de la chatarra, siendo solo 2,5-3 Mt las que se producen a partir de la reducción del hierro, donde el hidrógeno podría sustituir al carbón como agente reductor, con un consumo aproximado de 50 kgH2/tacero.

En el segundo uso, el de la generación de calor industrial, creemos desde AtlantHy que aquí nuestro mercado objetivo debería de ser aquel que requiere de temperaturas superiores a 400 ºC, las cuales son difícilmente alcanzables hoy en día por medio de la electrificación, al menos de una forma competitiva, aunque reconocemos que esto avanza muy rápido y por eso es uno de los usos a los cuales le daremos menores probabilidades de éxito. En este caso, la sustitución por los combustibles fósiles actuales es directa, con las mismas eficiencias, por lo que los aproximadamente 60.000 GWh/año que se consumen para estos fines, no necesitarían ajustarse en eficiencias o conversiones. En este aspecto, las demandas potenciales son:

Tabla 3 Consumos equivalentes en hidrógeno y capacidad de electrólisis para el sector industrial.

Consumo potencial

Dejando de lado la producción de biocombustibles avanzados a partir de gasificación o el almacenamiento de energía estacional, tenemos ya un escenario de máximos en cuanto al potencial consumo de hidrógeno si el 100 % de los consumos actuales se sustituyeran por hidrógeno, que se resume en la siguiente tabla:

Tabla 4 Consumos equivalentes en hidrógeno y capacidad de electrólisis

Pues ya lo tenemos delante de nuestros ojos. Un escenario en el cual, para todos los usos en los cuales el hidrógeno tenga sentido, se haga una sustitución del 100 % del hidrógeno por el combustible actual, traería consigo una demanda equivalente de electrólisis de 114 GW, casi tres veces la demanda actual de energía de España.

Escenario de demanda real de hidrógeno

Pues bien, ya os hemos contado toda la película, entre Factfulness I y este último artículo, Factfulness II, que hemos ido rellenando a lo largo de las últimas semanas (entendednos, ¡tenemos que generar expectación!).

Ya hemos argumentado por qué el hidrógeno será un pilar esencial en los sistemas energéticos del futuro, pero ahora toca responder a la gran pregunta:
¿Qué parte de la demanda energética potencial realmente podrá cubrirse con hidrógeno o sus derivados?

Los siguientes datos son el resultado de los análisis e hipótesis del equipo de AtlantHy, basados en trabajos previos y escenarios técnicos verosímiles.
A continuación, se muestra el porcentaje de penetración esperado del hidrógeno en distintos sectores clave del consumo energético en España, con horizonte 2050:

Tabla 5 Porcentaje de penetración de hidrógeno asignado por sector

Lo que nos llevaría a un consumo total, siguiendo los valores de máximos analizados previamente de:

Tabla 6 GW de electrólisis necesaria para las demandas proyectadas (1MW=100 ton/año)

Ilustración 4 GWs necesarios por sector en España asumiendo 1 MW=100 tonH2/año

Desde AtlantHy consideramos que este es el escenario más probable y realista para España.
Aunque los valores se sitúan por debajo de los objetivos de producción anunciados oficialmente, reflejan mejor la dinámica actual de los proyectos de hidrógeno verde en desarrollo.

Este escenario no contempla factores adicionales que podrían elevar significativamente la demanda:

• Exportaciones de hidrógeno a otros países europeos.
• Consumos derivados de una mayor competitividad con respecto a terceros países (ej. barcos o aviones que demanden combustible producido en España).
• Almacenamiento energético estacional.
• Producción de combustibles sintéticos a partir de biomasa.
• Fabricación de plásticos a partir de CO₂ + H₂ (con un potencial adicional de hasta 11 GW en España).

¿Te parece poco?

Si consideramos proyectos de entre 20 y 50 MW de electrólisis, la cifra no es tan modesta.

El crecimiento será gradual, pero sostenido, y posicionará a España como uno de los referentes europeos en producción y uso de hidrógeno renovable.

Ya sabes que desde AtlantHy podemos ayudarte a ti o a tu empresa a conocer en profundidad el sector del hidrógeno, a posicionarte y a sacar el máximo valor a tus proyectos.

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