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Hidrógeno: rediseñando el Concepto de Eficiencia Energética

 a. El Hidrógeno y la Transición Energética

 

La transición energética es un hecho. Lo que hoy está en boca de todos es fruto de un proceso que comenzó a tomar forma años atrás en el Acuerdo de París de 2015. Allí, más de 190 estados se comprometieron a adoptar políticas de mediano y largo plazo en miras a contribuir con las metas del desarrollo sostenible y controlar eficazmente el cambio climático. En virtud del Acuerdo de París, cada Estado parte debe, en su ámbito interno, definir cuáles son los medios adecuados para lograr el fin convencional y luego plasmarlo en un “Nationally Determined Contribution” (“NDCs”). Las NDCs son mecanismos flexibles, dinámicos y heterogéneos que varían según las características y necesidades de cada Estado, y deben estar dirigidos hacia el logro los objetivos previstos en la Convención Marco de Naciones Unidas sobre el Cambio Climático de 1992.

 

En este marco, el mundo enfrenta un desafío sin precedentes: satisfacer las necesidades energéticas actuales de manera sustentable y alineada a los objetivos de la descarbonización. Si bien la “descarbonización” no aparece todavía como un plan o programa de acción concreto a nivel mundial, la implementación de la idea exhibe al menos dos aspectos:

 

  • Por un lado, busca una mayor participación de las fuentes renovables y energías bajas en emisiones en las matrices energéticas. Esta idea está alineada con el intento de moldear las tendencias de consumo energético, “electrificar” la mayor cantidad de usos y segmentos posibles (por ejemplo, usos residenciales y el segmento de transporte) y con ello, reducir las emisiones generadas por las fuentes tradicionales de energía. Los avances tecnológicos han reducido sustancialmente los costos de las energías renovables y bajas en emisiones, lo que ha llevado a que muchos hablen de un previsible desarrollo masivo, competitivo en términos de costos y alcance.
  • Por otro lado, incumbe el uso eficiente y sustentable de las fuentes energéticas tradicionales y en particular, enfatiza el uso del gas natural como “bridge fuel”. Las cualidades de eficiencia, costo y disponibilidad posicionan a los hidrocarburos como fuentes aptas y resilientes para satisfacer las necesidades energéticas de la sociedad. Por ello, en el marco de las discusiones energéticas actuales, las actividades de exploración y explotación de hidrocarburos están siendo rediseñadas bajo parámetros de eficiencia operativa, optimización de recursos e impulso de nuevas tecnologías que permiten desarrollar de manera sustentable estas actividades. Un ejemplo de los avances en la materia está dado por las tecnologías de captura de carbono (CCUS por sus siglas en inglés), que permiten reducir sustancialmente las emisiones que se generan en los procesos extractivos y productivos.

En este contexto, los actores públicos y privados continúan debatiendo sobre cómo llevar a cabo la transición, esto es, cuáles son los medios adecuados y eficaces para dar paso hacía un nuevo sistema energético. No obstante la claridad en el fin perseguido, aún no parece concertado el consenso global sobre cómo llevar a cabo la transición energética. Los esfuerzos por controlar el cambio climático, aunque crecientes y constantes, parecen ser dispersos y no uniformes. En este orden de ideas, un breve repaso por la agenda energética mundial exhibe que las tareas de I+D están orientadas hacia el desarrollo de múltiples soluciones energéticas, con campos de aplicación y funcionalidades diferentes entre sí. Es decir, existe una pluralidad de soluciones aunadas por las metas de la transición energética y la necesidad de mejora de eficiencia en sus respectivos segmentos.

 

Una parte de las soluciones están enfocadas en resignificar el concepto de “inmediatez energética” e imprimir un mayor dinamismo y flexibilidad a los sistemas energéticos. Tradicionalmente, la energía producida debía ser consumida. Esto se tradujo, en aquellos casos donde la oferta no encontró demanda semejante, en el desaprovechamiento de la energía producida. Bajo la óptica actual, este esquema luce ineficiente e inadecuado para lograr la descarbonización. Entonces, ¿qué proponen las mentadas nuevas soluciones para redimensionar el concepto de “inmediatez” energética y generar mayor flexibilidad en los sistemas energéticos? En parte, proponen echar mano a un vector energético que ha cobrado suma notoriedad en los últimos tiempos: el hidrógeno, y en particular, su tipología “verde”.

 

El hidrógeno se erige como una solución versátil que permite diversificar las fuentes de generación y consumo de energía de manera alineada con la descarbonización, y que además posibilita una mejor integración de las energías renovables en la matriz energética. Por sus propiedades, el hidrógeno es un vector de energía que permite pasar del paradigma de lo “inmediato” al de lo “diferido” y “necesario” en función de la demanda para maximizar la eficiencia energética. A lo anterior debe sumarse que la producción del hidrógeno verde y el consumo de hidrógeno no generan emisiones de carbono. Estas bondades refuerzan la posición del hidrógeno pues, como se verá a continuación, permite satisfacer las necesidades energéticas de manera sustentable y alineada a los objetivos de la descarbonización. En pocas palabras, el hidrógeno podría marcar un punto de inflexión en el modo de concebir y diseñar los sistemas energéticos del mundo.

 

b. Hoja de Ruta del Hidrógeno

 

Nociones generales

 

El hidrógeno es un elemento tan simple como disruptivo. En efecto, al ser un vector de energía y un combustible, el hidrógeno permite cumplir con un amplio número de funciones que en la actualidad satisfacen, por ejemplo, las energías fósiles, las renovables y las baterías de litio. Así, el hidrógeno puede ser directamente utilizado como combustible para el segmento de transporte o las industrias, como fuente para producir electricidad o incluso, como medio para almacenar y transportar energía. De este modo, el hidrógeno se perfila como una solución versátil que puede ser empleada en segmentos donde tradicionalmente se utilizaron fuentes fósiles (como, por ejemplo, residencial e industrial), coadyuvar con una mayor integración de las energías renovables en la matriz energética, y también aportar hacia una mayor resiliencia y flexibilidad del sistema energético. En pocas palabras, el hidrógeno es una solución cuyas aplicaciones actuales y futuras exhiben un gran potencial para satisfacer las necesidades energéticas de la sociedad y fundamentalmente, hacerlo de una manera alineada a los objetivos de la descarbonización.

 

En términos generales, el hidrógeno:

 

  • Es el elemento más abundante de la naturaleza. No obstante ello, es un elemento que no se encuentra en estado natural y por tanto, debe obtenerse de otros compuestos. Los métodos más comunes de obtención son (a) electroquímico por medio de la hidrólisis, donde se separa la molécula de agua (H2O) en hidrógeno (H) y oxígeno (O2) utilizando electricidad, y (b) térmico por medio del reformado de metano con vapor o steam-methane reforming (SMR) donde el metano reacciona con vapor a altas temperaturas para obtener hidrógeno, monóxido de carbono y dióxido de carbono. Según el método de producción que se utilice, la generación de hidrógeno puede acarrear emisiones de carbono.
  • Sin perjuicio de que su producción puede generar emisiones de carbono, la utilización o consumo de la molécula no genera emisiones de carbono. A modo de ejemplo, la propulsión de un vehículo con celdas de hidrógeno genera como producto vapor de agua en lugar de emisiones de carbono. Este ha sido el principal driver en el impulso del hidrógeno como la “energía del futuro”.
  • Actualmente es utilizado principalmente en los procesos de refinación de petróleo crudo, de producción de componentes como amoníaco o de metanol, y se produce mayormente a partir de fuentes fósiles. Sin embargo, diversas proyecciones1 muestran que se dará paso hacia el uso del hidrógeno en el transporte terrestre de larga distancia y marítimo, en procesos industriales, en la generación de electricidad y en la calefacción de hogares, entre otros, y que su producción provendrá de energías renovables y gas natural con tecnologías de captura de carbono.

En los últimos tiempos y principalmente motivado por la agenda climática, el hidrógeno ha comenzado a ganar terreno en materia del diseño de la política energética internacional. En Argentina, el hidrógeno ya forma parte de la matriz energética actual y tiene una demanda aproximada de 350 mil toneladas año que se distribuyen entre la industria petroquímica, la química y la de refinación.2 Sin embargo, el hidrógeno no cuenta con un régimen normativo propio que regule con especificidad las actividades que comprende, tales como su producción, almacenamiento, transporte, distribución o consumo entre otras.

 

En 2006, el Congreso de la Nación sancionó la Ley 26.123 de Promoción del Hidrógeno para dar el puntapié inicial al desarrollo del hidrógeno en el país. Allí se declaró de “interés nacional el desarrollo de la tecnología, la producción, el uso y aplicaciones del hidrógeno como combustible y vector de energía”, y se diseñó un esquema de incentivos fiscales para estimular la producción y uso del hidrógeno. No obstante ello, la ausencia de reglamentación de dicha ley se tradujo, en muchos casos, en la falta de aplicación práctica de sus disposiciones. En efecto, la ejecución de la ley reposa, en gran medida, en una autoridad de aplicación que el Poder Ejecutivo Nacional no ha designado aún. A lo anterior se suma que el régimen previsto por la ley expiraría en el 2022.

 

La falta de operatividad de la Ley 26.123 y los cambios en las circunstancias principalmente marcados por los avances científicos y tecnológicos en la materia, han puesto de manifiesto la necesidad de contar con un marco regulatorio adecuado y autosuficiente del hidrógeno. En este sentido, los actores reclaman mayor seguridad jurídica y estímulos para impulsar el desarrollo del hidrógeno en el país. Por el momento, los proyectos que circulan están enfocados en enmendar la Ley 26.1233 pero no contienen una propuesta para regular al hidrógeno de manera autosuficiente. Asimismo, tampoco ha trascendido el diseño de una hoja de ruta o estrategia nacional en la materia.

 

Colores del hidrógeno

 

A pesar de que el hidrógeno es un componente inoloro, insípido, invisible e incluso, incoloro,4 es frecuente encontrar diversas publicaciones en las que se hace referencia a distintas clases o “colores” de hidrógeno. Esta categorización encuentra fundamento en la huella de carbono generada con el método y proceso productivo utilizado para obtener el hidrógeno. Así, la “paleta de colores” más difundida5 es:

 

  • Gris o negro: se obtiene utilizando fuentes fósiles, principalmente gas natural y carbón, respectivamente, y su producción genera emisiones de carbono.
  • Azul: se obtiene utilizando fuentes fósiles, pero a diferencia del hidrógeno gris, utiliza sistemas de captura de carbono6 en el proceso productivo. A raíz de la utilización de estas tecnologías, la producción el hidrógeno azul podría ser neutro en emisiones de carbono según el rango de eficiencia de los CCUs.7
  • Verde: se obtiene utilizando la electricidad generada por las energías renovables, principalmente eólica y solar, para separar las moléculas de oxígeno e hidrógeno presentes en el agua, por medio de la electrólisis. La producción del hidrógeno verde no genera emisiones de carbono y por tanto, es la solución con mayor potencial hacia 2050.

En la actualidad, la predominancia del hidrógeno gris puede explicarse a partir de su bajo costo en relación a los otros tipos de hidrógeno. Así, el hidrógeno gris tiene un costo estimado de USD$1,76 por kilo,8 mientras que el hidrógeno verde cuesta entre USD$4,10 y USD$5,85 por kilo.9 Esto se debe principalmente a las diferencias de costo entre los componentes esenciales que se utilizan para obtenerlos: por una parte, el gas natural y otras fuentes fósiles, y por otra, la electricidad proveniente de energías renovables. Sin embargo, un dato alentador es que hacia 2030 y 2050, diversas estimaciones muestran que los costos del hidrógeno verde podrían verse reducidos sustancialmente en virtud de la progresión de las energías renovables y los avances tecnológicos en la materia. Este aliciente puede ser clave para potenciar el rol de Argentina en la economía mundial del hidrógeno.

 

Al respecto, Argentina presenta un gran potencial para producir hidrógeno de manera competitiva y eficiente. Por una parte, las condiciones de la Patagonia podrían cimentar la factibilidad económica de los desarrollos de hidrógeno verde. Las condiciones climáticas de dichas regiones y el consecuente potencial de las energías renovables posicionan al hidrógeno verde argentino, cuyo insumo principal es la electricidad de fuentes renovables, como uno de los más baratos y competitivos a nivel mundial con proyecciones de costos de producción estimados en menos de USD$1 por kilo.10

 

Por otra parte, las abundantes reservas de gas natural de Vaca Muerta y del Golfo San Jorge, junto con el know-how e infraestructura gasífera, permitirían hacer un uso alternativo de dichos recursos para producir hidrógeno azul de manera competitiva. Muchos expertos han remarcado que el hidrógeno azul se posiciona como el “color” preferido para lograr los objetivos de la transición energética hasta tanto la producción en escala del hidrógeno verde sea factible económicamente. En pocas palabras, el hidrógeno azul podría ser el color predominante en el corto y mediano plazo ya que tiene la aptitud de generar la ventana temporal necesaria para crear mejores condiciones tecnológicas, económicas y jurídicas para el desarrollo masivo del hidrógeno verde.

 

Algunas consideraciones para trazar la hoja de ruta y consolidar un marco regulatorio del hidrógeno

 

El momentum actual del que goza el hidrógeno en general y especialmente el hidrógeno verde, permite prever, en el mediano y largo plazo, su desarrollo en escala e integración en segmentos que tradicionalmente han utilizado fuentes fósiles. Para ello, los esfuerzos deben concentrarse en diagramar una hoja de ruta del hidrógeno que permita lograr altos niveles de eficiencia energética y competitividad en términos de costo y escala. Va de suyo que el marco regulatorio debe construirse en base a las especificidades propias del objeto regulado, esto es, las propiedades del hidrógeno, su cadena de valor, los usos actuales y futuros, su rol en la transición energética y en la matriz energética actual y futura, entre otras. A continuación, se sintetizan algunas consideraciones que pueden contribuir en el diseño de un marco integral del hidrógeno.

 

Como punto de partida, debe considerarse que el hidrógeno sólo puede ser un producto de transformaciones energéticas. Es decir, el hidrógeno no se encuentra en estado natural y sólo puede obtenerse a partir de una síntesis que transforme otras fuentes de energía.11 Las transformaciones requieren de energía y se materializan en indicadores de ratios de eficiencia y pérdidas de energía asociadas a cada transformación. Además de la “transformación forzosa” que se necesita para producir hidrógeno, en el estado actual de los desarrollos, es posible el transporte, almacenamiento o consumo de hidrógeno requiera de transformaciones adicionales. Entonces, uno de los factores centrales a ponderar son las ratios de eficiencia de cada transformación a lo largo de la cadena de valor.

 

En segundo lugar, debe repararse en que los sitios de producción y los de consumo final suelen no coincidir. Si bien existen diversos proyectos que apuntan a la generación y consumo in situ, los desarrollos de hidrógeno suelen localizarse en sitios con características estratégicas en materia de acceso, costo y disponibilidad de sus “materias primas”. En este sentido, las “materias primas” del proceso productivo, esto es, el agua y la electricidad que proviene de fuentes renovables, entre otras, son un componente determinante en el costo del hidrógeno y por ello, muy relevante a la hora de fijar un emplazamiento de los desarrollos. A modo de ejemplo, en el caso de Argentina, las mejores condiciones de producción en términos de costo y eficiencia se encuentran en la Patagonia,12 pero los focos de consumo se encuentran (y podrían encontrarse a futuro) en el centro del país e incluso, en mercados de exportación como Chile, Alemania y Japón. En consecuencia, las actividades de almacenamiento, transporte y distribución cobran suma relevancia a la hora de diseñar la hoja de ruta del hidrógeno.

 

En tercer lugar, el hidrógeno es un componente con alto contenido energético por masa pero con baja densidad energética por volumen. Esto significa que, si bien el hidrógeno tiene un alto poder calorífico por masa, un determinado volumen de hidrógeno contiene menos energía que un determinado volumen de otro combustible. Dicho de otro modo, para obtener la misma cantidad de energía en un volumen de, por ejemplo, combustibles fósiles, se requiere entre dos y cuatro veces de volumen de hidrógeno.13 En términos prácticos y considerando el estado actual de los desarrollos, esto implica que el hidrógeno debe ser “enfrascado” para su transporte y distribución. Es decir, el hidrógeno debe ser comprimido, licuado o “adherido” a otros componentes para viabilizar su almacenamiento y transporte. Existen varios proyectos piloto de blends entre hidrógeno y gas natural en miras a aprovechar la infraestructura gasífera y transportar el hidrógeno por gasoductos para luego separarlo del gas natural en el punto de entrega o consumir el blend directamente. Sin embargo, esos proyectos no se encuentran en fase de desarrollo aún y la mayoría del transporte se realiza por vía terrestre. Por ello, las alternativas más utilizadas son la licuefacción y la compresión ya que permiten un mejor manipuleo del hidrógeno. Debe repararse en que ambas alternativas requieren energía y por tanto, la consideración de las ratios de eficiencia debe formar parte de su diseño e inclusión en la cadena de valor del hidrógeno.

 

En cuarto lugar, debe valorizarse al almacenamiento de hidrógeno como una actividad cuyo potencial y beneficios pueden trascender la cadena de valor del hidrógeno. Como idea central, el almacenamiento permite reservar los excedentes de energía en otras fuentes y conservarlos hasta tanto exista la necesidad de consumo. Esto resulta especialmente útil en épocas donde la oferta energética no coincide con la demanda, sea doméstica o exterior, y existan desacoples entre lo que se produce y lo que se consume. Sin ir más lejos, este es el racional detrás de, por ejemplo, los desarrollos de almacenamiento subterráneo de gas natural: los excedentes de producción de gas natural en verano, que previsiblemente no serían utilizados por la menor demanda estival, pueden ser almacenados y luego ser extraídos en invierno, época en la cual existen picos de demanda que no pueden ser cubiertos con la oferta doméstica.

 

El almacenamiento de hidrógeno no sólo cumple con las funciones tradicionales reseñadas, sino que también puede actuar como complemento de las energías renovables. En efecto, el hidrógeno puede utilizarse como medio para almacenar los excedentes generados por fuentes renovables y reconvertirse en electricidad cuando sea necesario. De este modo, el hidrógeno tiene la capacidad de contribuir a la estabilización de la red eléctrica, pues genera un “colchón” de energía que está disponible para ser utilizado cuando exista demanda para ello. Diferir la utilización de la generación permite descongestionar los picos de demanda sin la necesidad de generar nueva energía. En resumidas cuentas, el almacenamiento de hidrógeno coadyuva a equilibrar la intermitencia de generación de las fuentes eólicas y solares, dotando al sistema eléctrico de una mayor solidez.

 

Adicionalmente, la conversión de la generación de las energías renovables en hidrógeno y su almacenamiento permite transportar e incluso exportar el potencial renovable hacia otros mercados. En este sentido, el hidrógeno puede tener un rol similar al del gas natural licuado, permitiendo alcanzar mercados domésticos y de exportación sin utilizar gasoductos físicos.

 

En quinto lugar, la versatilidad del hidrógeno permite su conversión en electricidad o el consumo directo en estado gaseoso. Esto posiciona al hidrógeno como una solución que puede contribuir hacia la creciente electrificación de los usos diarios e industriales, pero también hacia la descarbonización de aquellos usos y segmentos donde se utilizan fuentes tradicionales de energía y la electrificación no llegaría sino en el mediano y largo plazo. Adicionalmente, algunos estudios develan que el consumo de blends de hidrógeno con gas natural es posible, y no requeriría de mayores adaptaciones de infraestructura o modificaciones en los artefactos de uso doméstico o industrial.14 Incluso, algunos países han lanzado proyectos piloto para testear el funcionamiento de los blends en las actividades de transporte, distribución y consumo final.15 El principal beneficio de utilizar los blends es valerse del potencial verde del hidrógeno y satisfacer las necesidades energéticas sin requerir mayores adaptaciones de infraestructura, sobrecargar las necesidades de producción o tener que encontrar un nuevo mercado y demanda de hidrógeno. En suma, los blends generan la posibilidad de (i) aprovechar, en el corto plazo, las bondades del hidrógeno mientras se generan las condiciones técnicas, económicas y jurídicas adecuadas para escalar su producción y desarrollo, y (ii) descongestionar la demanda de gas natural y generar excedentes que puedan cubrir los picos de demanda de invierno y/o generar saldos exportables.

 

A modo de conclusión, estos son algunos de los factores que deben tenerse en cuenta a la hora de diagramar la hoja de ruta del hidrógeno y su marco jurídico. Las estrategias y regulaciones que se emitan en la materia deben fundarse en los aspectos tecnológicos, técnicos, económicos y estratégicos que conforman la cadena de valor del hidrógeno, apoyándose en la vasta experiencia que posee el país en materia gasífera. Argentina posee los recursos necesarios para liderar la transición energética y realizar aportes significativos hacía la implementación de la economía del hidrógeno, en especial contemplando el momentum del hidrógeno verde y la COP26 de Glasgow sobre cambio climático. En esta línea, la ventaja comparativa que tiene Argentina gracias a su potencial en materia de energías renovables, y el know-how e infraestructura gasífera presentan una oportunidad única para capturar el interés mundial en el hidrógeno y concretar nuevos desarrollos en el país. Para ello, el diseño e implementación de políticas de largo plazo que garanticen estabilidad son elementos imprescindibles a la hora de crear un marco propicio para desarrollar el hidrógeno. Con igual importancia, el cumplimiento y ejecución de las políticas, de manera constante y sostenida, es imprescindible para garantizar seguridad jurídica a los inversores, máxime considerando que proyectos de este estilo requieren de grandes desembolsos de capital y recuperables a largo plazo.