Electrificación, hidrógeno y captura de carbono: tres pilares de la transición energética

En el complejo entramado de estrategias para combatir el cambio climático, los expertos coinciden en que la electrificación masiva es clave. Este enfoque implica convertir la mayor cantidad posible de procesos y sistemas a electricidad proveniente de fuentes renovables. Sin embargo, hay sectores que demandan altas dosis de energía y donde la electrificación no es suficiente. Aquí es donde el hidrógeno entra en escena, siendo una opción factible para industrias como la del cemento. Además, las tecnologías de captura, almacenamiento y uso del carbono (CCUS) se vislumbran como una prometedora solución, aunque aún se encuentra en fases de desarrollo. Así lo revela el informe ‘State of The Transition 2023, Accelerating the Clean Industrial revolution’ de Breakthrough Energy, el cual pone de manifiesto que, en este tablero complejo y dinámico, cada movimiento cuenta en la carrera contra el tiempo para mitigar los impactos del cambio climático.

A día de hoy, en total hay 8.000 GW (gigavatios) de capacidad eléctrica instalada en el mundo. Lo lógico sería pensar que se necesita cubrir esos 8.000 GW con energías verdes, pero este mismo informe establece una prospección expansiva: se requerirá producir 20.000 o 30.000 GW de manera limpia para abastecer las necesidades del futuro, que se anticipan crecientes.

En 2022, se añadieron 280 GW de capacidad de generación de energía limpia a nivel global. Esto equivale a 23 veces el consumo de electricidad de Nueva York, dice el estudio elaborado por Breakthrough Energy Coalition (Breakthrough Energy), una entidad que agrupa a varias organizaciones fundada por Bill Gates.

“Un escenario de huella de carbono cero no será uno en el que la gente use menos electricidad, sino más. La mayoría de los expertos coinciden en que para 2050 necesitaremos triplicar la cantidad de electricidad que usamos”, recoge el documento. Los retos, por tanto, son mayúsculos. Según Breakthrough Energy, se ha progresado en la generación limpia de energía, pero esto no es suficiente si no se avanza en fórmulas de almacenamiento eficiente y económico.

El papel esencial del hidrógeno

Aquí es donde entra el hidrógeno, llamado a jugar un papel esencial en muchos sectores de la economía global. Antonio Chica, investigador del CSIC y especializado en métodos de producción de hidrógeno, destaca su rol como complemento de las renovables. “Los periodos de bajo consumo eléctrico, que coinciden con días de alta radiación solar y viento, llevan a la generación de energía eléctrica sobrante, que resulta muy difícil de almacenar. El hidrógeno puede formar parte de la estrategia de almacenamiento de esta energía eléctrica, porque cuando se dé este exceso se puede derivar hacia la producción de hidrógeno, que se puede almacenar en forma líquida o de gas a presión”.

Breakthrough Energy señala la importancia del hidrógeno verde para descarbonizar el sector del transporte comercial, que apenas tiene incentivos para transformarse. “Un camión eléctrico con casi 1.000 km de autonomía necesitaría tantas baterías que tendría que llevar un 25% menos de carga. Y esto sin contar con los barcos, que tienen que mantenerse a flote, y con los aviones, que tienen que volar”, expone el informe.

“Hay medios de transporte pesados que resultan muy difíciles de electrificar, como aviones y barcos, cuyo combustible podría sintetizarse combinado hidrógeno y dióxido de carbono (CO2)”, apunta Chica. “Así no sería necesario buscar alternativas a las tecnologías de motores de combustión diferentes a las que ya hay y que funcionan muy bien. Lo único que tenemos que hacer es ponerles combustibles como los que tienen ahora, solo que sean de origen renovable”. Se refiere a los e-fuels, una de las esperanzas para alimentar motores de gran potencia, aunque por ahora su coste sea excesivo.

Soluciones para la transición energética

El camino hacia la sostenibilidad se construirá con múltiples tecnologías y diferentes enfoques. Así lo requiere el desafío que plantean unas emisiones globales que no dejan de aumentar. La organización Global Carbon Project calcula un incremento del dióxido de carbono lanzado a la atmósfera en un 1,1% hasta alcanzar los 40.900 millones de toneladas en 2023, un récord hasta la fecha. A esto habría que sumar otros gases de efecto invernadero, como el metano o el dióxido de nitrógeno, que según estimaciones de la Unión Europea para 2022 estarían casi en torno al 30% de lo emitido.

Por sectores, en 2021 los que más emisiones lanzaban a la atmósfera eran la propia generación de electricidad y la actividad industrial, ambas categorías con un 29%. La agricultura es responsable de un 20%, el transporte, de un 15%, y los edificios, de un 7%, según el documento. Una de las soluciones para mejorar esta situación pasa por electrificar la economía y las sociedades.

Carlos Antonio Platero Gaona, catedrático de Máquinas Eléctricas en la Escuela Técnica Superior de Ingenieros industriales de la Universidad Politécnica de Madrid, distingue dos problemas en torno a la red. Uno de ellos está relacionado con la generación. “Si tú no generas lo que se está demandando, la frecuencia de la red empieza a caer y entonces tienen que entrar los sistemas de deslastre, porque si no el sistema colapsa”. El otro tiene un carácter local. “Si todo el mundo pasara a tener coche eléctrico y calefacción eléctrica, aunque el rendimiento fuera algo mejor, habría que reforzar la red. Si yo quiero cargar mi coche y mis 140 vecinos también, la línea que tenemos no aguanta”.

La conclusión de Breakthrough Energy es clara en este terreno: “Almacenar y transmitir electricidad limpia requerirá grandes redes eléctricas, modernas e interconectadas. Ahora mismo esto no existe. En algunos países las redes son demasiado pequeñas y fragmentadas; en otros, ni siquiera tienen redes”.

Efectivamente, en los países en desarrollo el reto infraestructural es enorme. “Cuando hablamos de electrificación en países en desarrollo, el problema es que conectarte a la red es difícil. Suelen ser redes deficientes. En muchos países está todo por hacer. En algunos sitios tienen unos paneles fotovoltaicos y un grupo diésel y con eso se arreglan”, indica Platero.

Pero los esfuerzos por electrificar y por apoyarse en las renovables no son suficientes para Breakthrough Energy. La entidad advierte de que los gases de efecto invernadero de hoy permanecerán un siglo atrapados en nuestra atmósfera si no hacemos nada al respecto. Para frenar el cambio climático, hay que deshacerse de estas emisiones que han tenido lugar décadas atrás. Una de las fórmulas es plantar árboles y evitar la deforestación. Pero en el informe se manifiesta la necesidad de extraer carbono directamente del aire y almacenarlo para evitar su función como gas de efecto invernadero.

Una de las opciones para poder llevar a cabo este cometido son las tecnologías de captura, almacenamiento y uso del carbono (CCUS), que permiten capturar el CO2 y luego almacenarlo de forma segura a largo plazo.

Se trata de una industria embrionaria y, por ahora, los métodos son caros —capturar una tonelada de CO2 cuesta entre 1.000 y 750 dólares—, con lo que es difícil escalarlo. Pero la investigación de estas técnicas avanza cada vez más. El dióxido de carbono podría emplearse incluso para la elaboración de e-fuels. “El hidrógeno que se genera por electrólisis se puede hacer reaccionar con CO2 haciendo uso de sistemas de reacción y catalizadores para generar combustibles similares a los que se extraen del petróleo, tipo gasolina, diésel o jet fuel”, explica Chica. “El CO2 se puede capturar en aquellas industrias que lo generan en grandes cantidades, como térmicas, cementeras, petroquímicas, siderurgia o metalurgia”.

El informe también dedica un apartado a la energía nuclear. Formula su tesis con sencillez. “La fusión nuclear es una innovación comparable a la revolución industrial o el descubrimiento del fuego”. Pero si esperamos a conseguirla podría ser demasiado tarde, así que por ahora la fisión nuclear es la opción más aceptable, que no lanza emisiones, para servir de carga base a la red eléctrica.