IDTechEx publica una guía para las aplicaciones del hidrógeno, de pilas de combustible a las materias primas
A medida que los paisajes energético e industrial experimentan cambios transformadores, la economía del hidrógeno se sitúa en el umbral del crecimiento sostenible. La cadena de valor del hidrógeno prevista integrará sistemas de producción, almacenamiento y distribución, respaldando una amplia gama de aplicaciones que abarcan desde procesos industriales hasta diversos sectores del transporte. Si bien la electrificación sigue siendo el medio predominante de descarbonización para muchos sectores, el hidrógeno emerge como una solución crítica para estas industrias difíciles de reducir.
Por tanto, es fundamental desarrollar simultáneamente tanto la cadena de valor del hidrógeno como sus diversas aplicaciones. Cada sector presenta desafíos e impulsores de crecimiento únicos, pero todos resaltan la necesidad apremiante de descarbonización. El hidrógeno, aunque no es una solución milagrosa, ofrece un enfoque versátil y viable para lograr un ecosistema industrial más sostenible. Este artículo presenta las funciones multifacéticas del hidrógeno, que van desde sus usos como materia prima industrial hasta la alimentación de pilas de combustible en los sectores de la movilidad. Para una exploración más profunda de cada sector, así como de las tecnologías y actividades comerciales asociadas, consulte el informe de mercado de IDTechEx, " Economía del hidrógeno 2023-2033: producción, almacenamiento, distribución y aplicaciones ".
Aplicaciones industriales tradicionales: refinación, amoníaco y metanol
Los sectores industriales tradicionales, como la refinación, la producción de amoníaco y metanol, siguen desempeñando un papel crucial en el panorama cambiante de las tecnologías del hidrógeno. IDTechEx proyecta que la refinación petroquímica seguirá siendo uno de los mayores consumidores de hidrógeno con bajas emisiones de carbono en el futuro previsible. El hidrocraqueo y el hidrotratamiento son procesos clave que utilizan grandes cantidades de hidrógeno, siendo esta última la principal operación que consume hidrógeno en una refinería. Factores como el aumento del consumo mundial de petróleo y la necesidad de procesar crudos más pesados están impulsando la creciente demanda de hidrógeno en este sector.
Las empresas petroquímicas están haciendo esfuerzos para reducir su huella de carbono. Muchas refinerías están ubicadas en zonas industriales o parques químicos, que se están convirtiendo en puntos focales para nuevos proyectos de infraestructura de hidrógeno y captura de carbono, como la Refinería Stanlow dentro de la iniciativa HyNet North West. Además, el hidrógeno tiene el potencial de lograr mayores reducciones de emisiones en las refinerías mediante su uso en sistemas de generación de energía y calor, que actualmente dependen de tecnologías de combustión. Sin embargo, cabe señalar que se espera que estos avances cobren impulso en el mercado de refinación a largo plazo.
La producción de amoníaco constituye otra aplicación vital del hidrógeno con bajas emisiones de carbono, y contribuye significativamente a las iniciativas de descarbonización en las industrias química y de fertilizantes. Adaptar el proceso Haber-Bosch para dar cabida al hidrógeno verde o azul ofrece una vía prometedora para reducir las emisiones de CO 2 . Además de sus usos tradicionales, el amoníaco está ganando terreno como portador eficaz de hidrógeno para el transporte internacional, lo que indica perspectivas de crecimiento sostenido en este ámbito.
Empresas como Yara, Nutrien, OCI Nitrogen y SAFCO están a la vanguardia de estos esfuerzos y ya han implementado tecnologías de captura, utilización y almacenamiento de carbono (CCUS) en sus plantas. A pesar de las limitaciones, como las tasas de captura de carbono limitadas a alrededor del 70%, los nuevos proyectos encabezados por Horisont Energi, ADNOC y CF Industries apuntan a tasas de captura superiores al 90%.
En el frente del amoníaco ecológico, varias empresas, entre ellas Fertiberia, Yara International y CF Industries, están planeando la puesta en marcha de plantas después de 2025 con diferentes capacidades. Proyectos como la iniciativa de amoníaco ecológico NEOM son particularmente impresionantes, y prevén la instalación de más de 2 GW de electrolizadores de agua alcalina de Thyssenkrupp Nucera, con el objetivo de producir una producción diaria de NH 3 de 600 toneladas. Del mismo modo, empresas de pirólisis de metano como Monolith y Hazer Group también están entrando en el sector del amoníaco. Estos desarrollos, tanto en el amoníaco azul como en el verde, significan un esfuerzo combinado en toda la industria para impulsar una producción de amoníaco más sostenible y eficiente.
IDTechEx también identifica la producción de metanol con bajas emisiones de carbono como una vía crucial, aunque menos destacada, para la aplicación del hidrógeno. Empresas como Carbon Recycling International (CRI) están logrando importantes avances en este ámbito, desarrollando proyectos como la planta de E-metanol de Finnjord. El metanol sirve como componente vital en diversos productos químicos y se utiliza cada vez más en el almacenamiento de energía y como combustible para automóviles. La utilización de hidrógeno verde o azul puede reducir sustancialmente las emisiones en la producción química. Sin embargo, al igual que el amoníaco verde, la producción de metanol verde sigue teniendo un coste prohibitivo y depende en gran medida de la fuente de CO 2 . Además, el CO 2 debe obtenerse de la captura directa del aire o de residuos/biomasa para que el metanol se clasifique como verdaderamente neutro en carbono.
Aplicaciones industriales emergentes: fabricación de acero, generación de energía y producción de combustible sintético
IDTechEx prevé un papel importante para el hidrógeno en la fabricación de acero a medio y largo plazo. La producción de acero convencional contribuye al 7-9% de las emisiones globales de CO 2 . Empresas líderes como ArcelorMittal, SSAB y Tata Steel están investigando activamente tecnologías de hornos de arco eléctrico de hierro de reducción directa impulsados por hidrógeno (H2-DRI-EAF) para producir acero más sostenible. Un ejemplo de ello es el proyecto de demostración HYBRIT, un proyecto de colaboración sueco entre SSAB, LKAB y Vattenfall. Las empresas están trabajando para demostrar una cadena de valor del acero libre de fósiles utilizando energía renovable e hidrógeno en Suecia., que implica descarbonizar todos los elementos de la cadena de suministro de fabricación de acero. Aunque persisten los desafíos tecnológicos, el hidrógeno se erige como un pilar en esta transición.
La aplicación del hidrógeno en la generación de energía y calor aún se encuentra en las primeras etapas, pero es muy prometedora para esfuerzos de descarbonización más amplios. El hidrógeno tiene aplicaciones potenciales en el almacenamiento de energía renovable, el almacenamiento fuera de la red y las plantas combinadas de calor y energía (CHP). A pesar de las pérdidas de eficiencia en las conversiones de energía a gas y energía, el hidrógeno presenta una alternativa atractiva para aplicaciones fuera de la red con opciones limitadas. Sin embargo, el uso de hidrógeno en aplicaciones de energía y calor, particularmente en el almacenamiento de energía renovable, todavía requiere modelos de negocio refinados para hacerlo más viable comercialmente.
El hidrógeno también desempeña un papel esencial en la producción de biocombustibles y combustibles sintéticos. Los biocombustibles de primera y avanzada generación pueden llegar a ser cada vez más neutros en carbono mediante la aplicación de hidrógeno verde. Grandes refinerías como Neste y TotalEnergies se están centrando en estos combustibles, impulsadas por la demanda de los consumidores y las políticas regulatorias. Sin embargo, IDTechEx espera que el papel del hidrógeno en este sector sea comparativamente limitado, al menos a medio plazo.
Aplicaciones de movilidad: vehículos eléctricos de pila de combustible (FCEV), marítimo, ferroviario y de aviación
Las pilas de combustible son una tecnología clave que se utilizaría para impulsar estos sectores del transporte. Estos sectores del transporte requerirán la integración eficiente de pilas de combustible con métodos adecuados de almacenamiento de hidrógeno, intercambiadores de calor y otros componentes del equilibrio de la planta (BOP). Actualmente, la mayor atención se centra en las pilas de combustible de membrana de intercambio de protones (PEMFC), ya que impulsarán el segmento FCEV.
Los FCEV han ganado impulso, particularmente en regiones clave como Corea, Japón , Alemania y China , con el creciente desarrollo de infraestructura de repostaje y nuevos conceptos de vehículos para vehículos ligeros, medianos y pesados. Sin embargo, es probable que los rápidos avances en la tecnología de vehículos eléctricos de batería (BEV) mantengan su dominio en el mercado, haciendo que la adopción de FCEV sea más modesta. Los FCEV presentan una propuesta de valor convincente en camiones y autobuses pesados, y podrían catalizar un desarrollo más amplio de infraestructura de reabastecimiento de hidrógeno.
El hidrógeno está surgiendo como una alternativa viable en aplicaciones marítimas, facilitado por avances de empresas como Ballard y PowerCell. Las pilas de combustible de hidrógeno, en particular las de óxido sólido (SOFC) y las PEMFC, son prometedoras. La ventaja de utilizar SOFC en el sector marítimo es su versatilidad de combustible, ya que pueden utilizar GNL y amoníaco. La creciente producción de hidrógeno verde está allanando el camino para el suministro de amoníaco verde. A medida que esté más disponible y las SOFC se vuelvan comercialmente viables, el uso de amoníaco en embarcaciones marinas aumentará y puede limitar la adopción del hidrógeno.
El hidrógeno también está avanzando en el transporte ferroviario, liderado por fabricantes como Alstom y Accelera (Cummins). Estos trenes ofrecen ventajas en autonomía y repostaje en comparación con sus homólogos BEV. Sin embargo, los costos más altos del hidrógeno verde requieren el apoyo del gobierno para su adopción masiva. Alemania está a la vanguardia en pruebas y despliegue de unidades múltiples de pilas de combustible. Sin embargo, otros países como Estados Unidos, Francia e Italia también han realizado pedidos de trenes propulsados por hidrógeno. Se espera que pongan la tecnología al servicio de los pasajeros en los próximos años.
Es probable que la aviación vea soluciones basadas en hidrógeno a largo plazo, después de 2035. Si bien el combustible de aviación sostenible (SAF) dominará el mediano plazo, el hidrógeno sigue siendo esencial para una descarbonización total. Sin embargo, varios obstáculos, que van desde la integración técnica hasta la ausencia de marcos regulatorios, impiden una rápida comercialización. No obstante, empresas como ZeroAvia, Universal Hydrogen y H2Fly están logrando avances significativos mediante demostraciones de vuelo, así como desarrollos de hidrógeno líquido y tecnologías PEMFC de alta temperatura.
Direcciones futuras y más conocimientos
Se espera que el hidrógeno penetre inicialmente en mercados donde prevalece el hidrógeno basado en combustibles fósiles: refinación, amoníaco y metanol. Entre los sectores emergentes, la fabricación de acero parece ser la más prometedora para la adopción del hidrógeno. Sin embargo, las aplicaciones en energía y calor, así como la producción sostenible de combustible, siguen siendo objetivos a largo plazo. Si bien el sector FCEV dominará las aplicaciones del hidrógeno en la movilidad, seguirá siendo eclipsado por el sector BEV en rápido crecimiento. Otras aplicaciones de movilidad aún se encuentran en sus etapas incipientes y seguirán siendo focos de atención de la industria a largo plazo. En resumen, el hidrógeno mantendrá su papel vital en las estrategias de descarbonización, pero probablemente verá un impacto inmediato en nichos industriales en lugar de una adopción generalizada.
El informe de IDTechEx, " Economía del hidrógeno 2023-2033: producción, almacenamiento, distribución y aplicaciones ", ofrece una visión exhaustiva de la cadena de valor, incluyendo análisis tecnológicos, comparaciones, actividades comerciales, innovaciones y tendencias del mercado.
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