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Reclaiming hydrogen for a renewable future
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- 2. Criterios para eluso de hidrógeno
- 3. Criterios primarios Faltade alternativas de bajo- o cero- carbono más eficientes y económicas Minimiza dificultades y costos de transporte y almacenamiento Maximiza uso de hidrógeno producido usando energía renovable sobrante (i.e., energía que sería ‘curtailed’)
- 4. Fuente: https://earthjustice.org/sites/default/files/files/hydrogen_earthjustice_2021.pdf Ejemplo: Comparaciónde eficiencia en calefacción con electricidad directa vs. con hidrógeno mezclado con gas natural
- 5. Ejemplo: Comparación deeficiencia y dificultades con sistemas de distribución entre vehículo eléctrico con baterías y vehículo con celda de combustible de H2 Fuente: https://earthjustice.org/sites/default/files/files/hydrogen_earthjustice_2021.pdf
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- 7. Reemplazar producción de hidrógenosucia hoy con hidrógeno verde (e.g., para producir amonio) Reemplazar combustibles fósiles en ciertos procesos de fabricación industrial, como de acero Transporte de larga distancia – naves, camiones, aviones Almacenamiento de energía renovable de larga duración Reemplazar gas/mezclar con gas como combustible para electrodomésticos y termoeléctricas Automóviles, buses
- 8. Reemplazar producción de hidrógenosucio hoy con hidrógeno verde (e.g., para producir amonio) Aplicaciones de H2 verde para hoy Fuente: https://earthjustice.org/sites/default/files/files/hydrogen_earthjustice_2021.pdf
- 9. Posibles aplicaciones deH2 verde que requieren más investigación Reemplazar combustibles fósiles en ciertos en ciertos procesos de fabricación industrial, como fabricación industrial, como de acero acero Transporte de larga distancia – naves, camiones, aviones Almacenamiento de energía renovable de larga duración
- 10. Aplicaciones de H2 queno tienen sentido Reemplazar gas/mezclar con gas como combustible para electrodomésticos y termoeléctricas Automóviles, buses
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- 12. • Alta concentraciónde energía por masa, pero no por volumen. • Temperatura de licuefacción: -252.8°C • Muy ligero: 57x más ligero que vapor de gasolina. Es la molécula más pequeña que hay. • Muy volátil: busca combinarse con otros elementos. Propiedades de H2
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- 14. Almacenamiento de H2 Fuente:https://energyresearch.ucf.edu/research/hydrogen/liquid-hydrogen-storage/ Fuente: https://www.iea.org/articles/proving-the-viability-of-underground-hydrogen-storage/
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- 16. Emisiones • Cuando secombustiona H2, se producen NOx • H2 en sí es un GEI secundario o Ilissa B. Ocko & Steven P. Hamburg, Climate consequences of hydrogen emissions, 22, Atmos. Chem. Phys., 9349–9368 (2022), https://acp.copernicus.org/articles/22/9349/2022/ o https://www.energypolicy.columbia.edu/research/c ommentary/hydrogen-leakage-potential-risk- hydrogen-economy
- 17. • Crowding outde energía renovable para electricidad local • Certificación de colores/origen Otras preocupaciones
- 18. / e ar t h j u s t i c e @ e a r t h j u s t i c e e a r t h j u s t i c e . o r g
Notas del editor
- #2 Mucho de este análisis viene de este trabajo de mis colegas en Earthjustice, Sasan Saadat y Sara Gersen, que publicaron este informe, “Reclaiming Hydrogen,” el año pasado. Todavía muy relevante y útil, aún en un mundo con informes sobre H2 lanzado todos los días. Publicamos este informe porque estábamos viendo más y más propuestas para nueva infraestructura de gas ‘fósil que incluyó referencia a la conversión al uso de hidrógeno en el futuro, mucho como estamos escuchando en Europa hoy con las propuestas para terminals de importación de LNG. Quisimos explicar en una manera clara que estas afirmaciones fueron puro greenwashing.
- #3 Hay muchas posibles espacios dónde el hidrógeno puede ser útil o reemplazar una porción de los combustibles fósiles que usamos hoy. Sin embargo, aunque es posible que puede servir en estos papeles, no significa que tiene sentido invertir en hidrógeno en todos estos sectores. Reduciendo los costos de hidrógeno verde va a requerir mucha inversión publica. No tiene sentido gastar recursos en avanzar el uso de hidrogeno en sectores en las cuales ya ha perdido en criterios de eficiencia y costo a otras tecnologías cero carbono Es importante tener en cuenta que aunque el hidrógeno verde es mucho más limpio que las otras fuentes de hidrógeno, todas estas tecnologías dejan una huella e tienen un impacto tanto medioambiental como social – desde las minas de dónde salen los minerales para producir un turbino eólico, hasta la tierra que usa una finca de solar. Entonces, es clave que esta energía producida por estas tecnologías se usa en una manera eficiente, porque hay recursos infinitos para energía renovable.
- #4 Alternativas: Estas dinámicas están cambiando todo el tiempo con nuevas tecnologías, obviamente, y también depende del contexto – las soluciones que son las mejores opciones en un sitio no necesariamente son ideales para todos los contextos. Sin embargo, podemos comparar eficiencias y costos proyectadas para aplicaciones en varios contextos y adivinar cual tendría más sentido en estos criterios básicos. Transporte y almacenamiento Como vamos a ver, las características de hidrogeno lo hace complejo y costoso transportar y almacenar, entonces usos que no requieren este transporte y almacenamiento, o que reducen algunos de los costos de estos procesos van a tener más sentido. Energía sobrante Sería ideal de una perspectiva de costo y eficiencia que la producción de hidrógeno use energía que no sería utilizada por electricidad - o sea, que los electrizadores corran cuando hay un excedente de electricidad, durante máxima producción y menos uso. Esto parece ser un criterio más para la producción, pero como la producción y uso también están interrelacionados por los limites en transportar y almacenar el hidrógeno, incluyo este criterio aquí también
- #5 Ejemplo uno
- #6 NB que esta comparación está entre H2 y electricidad cuando los dos se produce por energía renovable – obviamente, si se usa carbón para producir la electricidad o para producir el hidrógeno por electrolisis, las emisiones serían muy diferente.
- #8 Nosotros desarollamos un matriz para distinguir entre las aplicaciones que nosotros consideramos inversiones buenas, las que requieren más investigación, y las que ya sabemos que no tienen sentido. Significancia de los colores Verde – Usos para que el H2 verde puede tener un impacto positivo hoy. Amarillo – Usos que no son tan claramente beneficial o mejor que otras tecnologías, en eficiencia energética y costo. Rojo – Usos que ya son obsoletos – no-competitivos con opciones eléctricas, o tienen
- #9 La aplicación primera para H2 verde debe ser el reemplazamiento de la producción de H2 sucio hoy. H2 de gas fósil y carbón es muy contaminante, emitiendo muchas emisiones de gases de efecto invernadero, como podemos ver en esta figura abajo – si hidrógeno fuera un país, sería la sexta emisora más grande de CO2 en el mundo. Además, emite otros muchas co-contaminantes peligrosos que hacen daño a poblaciones locales. Hoy, se usa este H2 para más que todo amonio para fertilizantes, y metanol para varios químicos y productos plásticos. Proponemos esto como una mejor opción que CCS (conversión de gris a azul) porque hay muchas otras emisiones asociadas con la producción de H2 azul – aguas arribas y también los co-contaminantes en la planta.
- #10 PROCESOS INDUSTRIALES: Ponemos este uso aquí por dos razones – 1) Porque hay alternativas eléctricas para muchos procesos industriales que ya son más viable que H2; y 2) Porque en los procesos industriales para las cuales no hay alternativas, no es claro todavía si el hidrogeno puede reemplazar otros combustibles, y hasta cuales proporciones de los combustibles fósiles el H2 puede reemplazar. Hay hornos de electricidad que pueden re-emplazar elementos de la producción industrial que requieren temperaturas muy elevadas (hasta 3000 C) – hornos de arco eléctrico. También, hay muchos procesos industriales que no requieren temperaturas tan altas, que pueden ser reemplazado fácilmente con alternativas eléctricas. Se puede usar hidrógeno en un proceso para producir acero que se llama DRI-EAF, pero este proceso solo representa solo 7% de la producción de acero al nivel mundial. También hay interés en mezclando H2 con otros combustibles en alto hornos, y tampoco es claro que será muy factible, y que porcentaje de combustibles fósiles H2 puede reemplazar. Transporte de larga distancia Todavía no hay un ganador en estos modos de transporte, como pilas son pesadas, y más complicadas para recargar en viajes largos. Así que posiblemente hay una opción para usar H2 en estas aplicaciones, pero todavía hay mucho incertidumbre sobre el uso de H2 también. Hablaremos de unos de los retos para H2 en estos espacios al fin. Almacenamiento de energía Baterías de litio todavía son costosos cuando aplicados en grandes escalas para ahorrar energía para duraciones largas, como varios días o hasta semanas, cuando hay poca producción de renovables dado condiciones meteorológicas inusuales. H2 puede ser atractivo para cumplir el papel de llenar las brechas de producción de energías renovable porque los electrolizadores pueden usar energía excesiva de estos renovables en otros momentos para generar almacenes de hidrogeno. Sin embargo, hay mucha energía perdida en estas conversiones, y en el almacenamiento de H2. Como todavía hay muchas alternativas tecnológicas incipientes en este espacio, no es muy cierta que H2, con sus altos costos y ineficiencias, va a ser un ganador en este espacio.
- #11 Mezcla con gas en termoeléctricas/electrodomésticos Ya hemos visto que el uso de hidrógeno en electrodomésticos de gas es mucho menos eficiente que usar la electricidad directamente. También, no es posible usar cantidades significativas de hidrogeno mezclado con gas en la infraestructura diseñado para transportar y quemar el metano – autores de un estudio nuevo de la Universidad de California Riverside encontraron que problemas pueden resultar de mezclas más allá de 5% hidrógeno. El hidrógeno debilita gasoductos, válvulas, y otros componentes del sistema de transporte de gas, entonces representa un riesgo a la planeta, y también un riesgo a la seguridad de personas que viven alrededor de infraestructura de gas. Además, los electrodomésticos y las termoeléctricas que tenemos hoy que usan gas fósil como combustible no funcionan con proporciones significativas de hidrógeno, entonces, hay que reemplazar todos estos, y la infraestructura conectándolos, antes de usar porciones de hidrógeno significativo en ellos. Automóviles/buses Como ya vimos, el uso de H2 en coches particulares no es competitiva en eficiencia energética y costo con coches eléctricos con pilas. Coches que usan cedulas de combustión en vez de pilas usan 2-3 veces las cantidades de electricidad renovable para viajar la misma distancia dado estas ineficiencias. Hidrogeno tampoco puede competir en buses regionales u otro transporte de corto distancia. También, vehículos de H2 sufren de la necesidad para el transporte y almacenamiento de H2 en todos lados, que es mucho más complicado que instalar estaciones de recarga eléctrica. Cubriremos los dificultades con el transporte y almacenamiento de H2 abajo.
- #14 * Podemos ver en la derecha un imagen de un gasoducto roto después de años . El H2 puede hacer esto a cierto gasoductos metálicos (resultado de su volatilidad). Entonces no se puede transportar H2 por cualquier gasoducto – es necesario reacondicionar viejos gasoductos o crear nuevos gasoductos especialmente dedicados al transporte de hidrógeno. * Como no es muy denso energéticamente por volumen, es necesario transformar el gas de H2 a un liquido para otras formas de transporte (más allá de los gasoductos). Este proceso de licuefacción utiliza 30% de la energía del hidrógeno en si, y hay evaporación constante de hidrogeno liquido durante el transporte, y así más perdidas de energía. A partir de enero de este año, hubo un solo barco que pudo transportar hidrógeno liquido, que está aquí en esta foto. Hay interés en convertir hidrogeno a otro elemento, como amonio, para el transporte por largas distancias, pero no es nada claro como esto funcionaría exactamente. Entonces, aunque hemos escuchado mucho sobre “Hydrogen Hubs” en varios países, incluyendo en Colombia y Chile, todavía estamos lejos de aclarar si la combinación de la tecnología del transporte de hidrógeno y sus costos va a hacer viable esta posibilidad de un intercambio global de hidrogeno, como tenemos, por ejemplo, en GNL ahora.
- #15 Los mismos dificultades que aparecen con el transporte de hidrogeno también existen para el almacenamiento de ello. Hay mucho interés en almacenar H2 en cavernas de sal o en otras formaciones subterráneas, pero todavía hay más investigaciones necesarias para demostrar la viabilidad de los diferentes tipos de formaciones como sitios de almacenamiento. También, estas cavernas son obviamente geográficamente limitada, entonces no se puede usarlas en cualquier lugar. La otra opción principal por almacenar hidrogeno en volúmenes significativos son los tanques criogénicos. La tecnología para estos tanques está mejorando para reducir evaporación de H2, sin embargo, estos tanques son muy costosos.
- #16 Imagen izquierda – Noruega, estación de servicio de hidrógeno en 2019; Imagen derecha – EEUU, fabrica de silicon, 2019 H2 quema muy rápidamente, produciendo grandes explosiones. Quema en una densidad menor que el gas fósil (metano) - pero también dispersa más rápidamente por ser tan ligera. Obviamente tener grandes cantidades de H2 liquido (o amonio, si se usa amonio como un “Carrier”) en un solo lugar, como puertos, puede presentar riesgos significativos. También, las fugas de H2 de infraestructura, especialmente dado el debilitamiento que causa el H2 en gasoductos, es preocupante. Igual a los protocolos de prevención y emergencia necesaria para las baterías de litio, entonces, si vamos a usar H2 en grandes escalas, vamos a tener que implementar nuevos protocolos de seguridad para prevenir accidentes y saber como reaccionar cuando accidentes ocurren.
- #17 NB: Estamos hablando de la combustión directa, que siempre va a ser incompleta en el mundo real, no el uso de cedulas de combustión, que debe producir como biproducto solo agua. Hay mucho más que estudiar sobre H2 como GEi
- #19 Note crowding out