Mientras la reserva hídrica en España está al 50% de su capacidad, desde los Gobiernos UE se toman decisiones contradictorias y cortoplacistas orientadas a crear expectativas, renovar la economía y generar empleo anunciando un gran número de proyectos de hidrógeno verde auspiciados bajo el paraguas de los fondos europeos procedentes del programa Next Generation.
El problema parece simplificarse a una descarbonización urgente y una generación masiva de energía renovable para producir hidrógeno verde por electrólisis alimentada por energía solar, eólica y otras fuentes de energía renovable excedentes como la mejor manera de descarbonizar las industrias más contaminantes, hablan del brillante futuro y se centran en los costos asociados a la electricidad necesaria para la electrólisis, pero se habla poco del agua y los recursos hídricos necesarios para obtenerlo.
Recursos hídricos necesarios
Según fuentes oficiales los recursos hídricos de España se estiman en 111.000 hm3/año, que incluye la aportación de la red fluvial 109.000 hm3/año y la subterránea 2.000 hm3/año.
En España se consumen unos 29.000 hm3/año para atender todas las demandas básicas, distribuidas en 80% para el riego de cultivos, el 14% por las ciudades y pueblos y un 6% por la industria.
Según se publica en el Boletín Hidrológico semanal del MITECO las reservas actuales en toda España son 28.000 hm3, por debajo de nuestro consumo anual:
La producción de hidrógeno como una fuente de energía alternativa se posiciona en el mercado como un sector en auge que se caracteriza por tener unos requerimientos de calidad de agua muy exigentes y restrictivos, a la par que precisan garantizar un aporte continuo de agua al proceso de producción.
Tomamos como referencia de la calidad del agua de entrada al electrolizador la que marca la Normativa de la Sociedad Americana de Pruebas y Materiales (ASTM), que hace referencia al agua que se usa como reactivo, determinando que lo más habitual en el caso de los electrolizadores es que el agua sea del tipo I.
Para obtener este tipo de agua ultrapura, se necesita una Planta de Tratamiento de Aguas (PTA) cuyo tren de tratamiento estará marcado, por la calidad del agua de aporte (red de abastecimiento urbana, pozo, lagos, ríos, etc.) y por el volumen de agua que hay que aportar al proceso de electrólisis.
La producción de una tonelada de hidrógeno a través de la electrólisis requería un promedio de 9 toneladas de agua, pero los sistemas de purificación y tratamiento de agua más modernos requieren unas dos toneladas de agua impura para producir una tonelada de agua purificada, es decir, una tonelada de hidrógeno en realidad no necesita nueve sino 18 toneladas de agua. Teniendo en cuenta las pérdidas, la proporción es más cercana a las 20 toneladas de agua por cada tonelada de hidrógeno.
Según fuentes oficiales, el consumo actual de hidrógeno en España para la industria (principalmente en refinerías, con REPSOL mayor consumidor, metalurgia, etc) se sitúa en torno a las 500.000 t/año, en su mayoría 99,99% a partir de combustibles fósiles como el metano, solo el 0,01 % del total del hidrógeno (50 toneladas anuales) se obtiene a partir de energías renovables.
El Gobierno español pretende que en 2030 se consuma como mínimo un 25% de forma renovable, es decir, 125.000 t/año, un ambicioso objetivo que espera implementar con ayuda de los fondos europeos destinados a la transición energética, lo que a razón de 20 t agua/t hidrógeno representa un consumo de 2,5 hm3/año de reservas de agua disponibles.
Adicionalmente el Ministerio de Transición Ecológica también pretende construir un hidroducto, proyecto H2MED, impulsado por Francia para llevar hidrógeno a Alemania por el Mediterráneo que estará operativo hacia 2030 con una capacidad de transporte de hasta 2 millones de toneladas anuales de hidrógeno verde, lo que supondría extraer 40 hm3/año de agua de nuestro sistema hídrico.
Es al menos contradictorio pensar que cuando no tenemos reservas suficientes para el consumo, creamos expectativas de convertirnos en un país exportador de hidrógeno verde y se estimulen proyectos que consumen ingentes cantidades de agua en una España con sed y que sufre restricciones de este elemento fundamental para la vida y subsistencia del campo, sin antes pensar en las obras hidráulicas de almacenamiento y distribución necesarias para poder desarrollar estos proyectos.
Recursos energéticos
Creo que antes de posicionar el hidrógeno como la solución al cambio climático, primero tenemos que tratar el hidrógeno como un problema en el cambio climático, porque como apunta la AIE, se generan 830 millones de toneladas anuales de CO2 cuando este gas se produce mediante combustibles fósiles, por lo que esto debería ser la primera prioridad.
Asimismo, reemplazar todo el hidrógeno gris mundial significaría 3.000 TWh renovables adicionales al año -similar a la demanda eléctrica actual en Europa.
La transición al hidrógeno verde podría ser rentable si se utilizase todo el exceso de energía renovable que no se consume, y que, por tanto, no puede almacenarse, pero se está creando un problema ético que hay que discutir en profundidad entre la subsistencia del campo y los macroproyectos anunciados que requiere enormes cantidades de suelo de labranza y secano para instalar plantas fotovoltaicas y al mismo tiempo el consumo masivo de agua para la producción de hidrógeno verde.
Analizado desde el punto de vista energético, se necesitan 60 kWh/kgH2verde, por lo que producir 2 millones de toneladas anuales de hidrógeno verde, supondría 120 TWh/año a lo que hay que añadirle, al menos un 20% por consumo energético por transporte, por lo cual la estimación de consumo eléctrico puede situarse orientativamente en unos 144 TWh/año y una superficie ocupada de 36.000 ha de suelo equivalente al 0,072% de todo el territorio nacional.
Según datos de REE (Red Eléctrica Española) la producción renovable en todo el año 2022 supuso el 42,2% del mix nacional. Las energías eólica y fotovoltaica cierran el año 2022 con 61.000 GWh eólico y 28.000 GWh en fotovoltaica, es decir, un total de 89 TWh anuales en renovables, muy por debajo de los 144 TWh/año necesarios solo para cumplir con el proyecto H2MED previsto para el 2030.
El coste del agua como factor determinante
Si hablamos de una economía sostenible y no financiada por fondos europeos, el coste del hidrógeno verde debe ser competitivo comercialmente, hablando de la purificación del agua, los químicos orgánicos explican que la forma más simple de hacerlo es destilándola. Este método es barato porque sólo necesita electricidad, pero no es rápido y el costo de la electricidad para destilar un litro de agua requiere 0,717 kWh, en promedio.
Según fuentes oficiales el precio medio de la electricidad en España para los usuarios no domésticos fue de un promedio de 0,201 €/kWh en el último año.
A una tasa de consumo de energía de 0,717 kWh, la destilación de un litro de agua, entonces, costaría 0,144 €. Para una tonelada de agua, eso sería 144,12 €.
Sin embargo, la electrólisis necesita hasta 20 toneladas de agua para producir una tonelada de hidrógeno. Esto significa que el costo de la purificación del agua para la producción de una tonelada de hidrógeno sería de 2.882 €. Esto se basa en la suposición de que el agua se purificaría utilizando el método más barato disponible.
Por lo tanto, proporcionar el tipo de agua adecuado para la hidrólisis cuesta dinero, y aunque 2.882 €/ tonelada de hidrógeno puede no parecer mucho, el costo de la purificación del agua no es el único gasto relacionado con el agua en la tecnología que busca fabricar hidrógeno a partir de fuentes renovables, además el agua que se introduce en un electrolizador tiene que ser transportada a él, lo que significa más gastos para la logística.
Adicionalmente, aunque con energía fotovoltaica podríamos operarlo a 25 €/MWh, incluso menos, producir una tonelada de hidrógeno verde a razón de 60 kWh/kgH2, representa un coste de 1.500 €/tH2 verde en electricidad.
Significa que producir hidrógeno verde, sin tener en consideración el impacto del CAPEX tendría un coste de insumos a la producción superior a 4.382 €/tH2, siendo un factor decisivo, no el coste de la energía ni el electrolizador, sino el coste del agua.
Obviamente, para reducir estos gastos, tendría sentido elegir un lugar donde el agua sea abundante, como por ejemplo un río o el mar, o, alternativamente, cerca de una instalación de tratamiento de agua. Esto pone un límite a la elección de lugares adecuados para electrolizadores a gran escala. Pero como un electrolizador, para ser "ecológico", necesita ser alimentado por energía renovable, también tendría que estar cerca de un parque solar o eólico.
Estos, no pueden ser construidos en cualquier lugar; los parques solares son más rentables en lugares con mucho sol, y los parques eólicos funcionan mejor en lugares donde hay suficiente viento y mejor aún offshore pero es también la forma más costosa de las tres fuentes renovables -solar, viento terrestre y viento marino- el CAPEX de una granja marina son el doble de los de su contraparte en tierra y cuatro veces más altos que los costos de una instalación solar comparable.
Conclusión
No es una novedad el uso de hidrógeno en los procesos industriales desde hace muchos años, cuya demanda no ha subido significativamente en los últimos años.
En la actualidad, sin una demanda real, se está implementando la red de conexión y estimulando la producción sin saber con certeza a qué vamos a dedicar esa producción, si los costes son competitivos y la utilidad de esas inversiones. El costo del suministro, almacenamiento y purificación del agua es un coste significativo que debe ser abordado desde su origen y puede convertirse en un factor restrictivo para el desarrollo de hidrógeno verde.
Con un coste base de 4,4 €/KgH2 de insumos (energía y agua), impulsado principalmente por el coste del agua, la UE hará rentable la producción de hidrógeno verde solo mediante subvenciones efectivas.
Bruselas celebrara en otoño se una subasta con presupuesto de 800 millones de euros para otorgar ayudas en forma de primas a los productores.
Un precedente ya lo tenemos en EEUU con la reciente Ley de Reducción de la Inflación con subvenciones a los productores de hasta 3 $/Kg H2verde producido.
Esta subvención es menos especulativa porque premia directamente a la producción, mientras que la europea hasta ahora ha premiado a la inversión sin resultados claros, pero es de esperar que pronto siga los pasos de EEUU.
Juan Ignacio de la Fuente Rodríguez es ingeniero industrial con más de 30 años de experiencia en construir plantas de generación eléctrica
Antonio
04/05/2023