15 de marzo de 2022.- La producción de hidrógeno verde se disparará, presagiando un enorme potencial para múltiples industrias en el camino hacia el cero neto. La investigación realizada por Primetals Technologies muestra cómo una cantidad suficiente de hidrógeno verde podría conducir a una industria siderúrgica limpia.
El hidrógeno es ampliamente visto como un arma crucial en la lucha para evitar las consecuencias catastróficas de un mundo posterior a los 2°C. Un mundo en el que, según el Consejo de Defensa de los Recursos Naturales, el aumento de las temperaturas globales causaría una devastación humana y agrícola generalizada y afectaría de manera desproporcionada a las comunidades de bajos ingresos.
Antes de la pandemia, la urgencia de facilitar un cambio global a la energía verde en múltiples industrias llevó a Japón a solicitar una investigación detallada por parte de la Agencia Internacional de Energía sobre cómo el hidrógeno podría ser parte de una solución más amplia. Sus recomendaciones incluyeron establecer un «papel para el hidrógeno en las estrategias energéticas a largo plazo» y estimular la «demanda comercial de hidrógeno limpio».
Situación actual
Un informe reciente de Hydrogen Europe detalló cómo más de 30 países ya han comenzado a implementar sus propias estrategias de hidrógeno, cuyos principales objetivos incluyen la reducción de emisiones, especialmente en «sectores difíciles de reducir» como «industria, movilidad, equilibrio de electricidad y calefacción», diversificar los suministros de energía, integrar las energías renovables, fomentar el crecimiento económico y más.
Sin embargo, a pesar de su potencial para ser un «portador de energía libre de carbono» rentable con una variedad de aplicaciones industriales, el informe dice que actualmente «no hay infraestructura pública, ni mercado público ni regulación de mercado para el hidrógeno». En cambio, el hidrógeno se usa principalmente como «materia prima para producir productos químicos» como amoníaco y metanol, o para desulfurar el petróleo que produce queroseno, gasolina y diésel.
Informe técnico gratuito
Según un informe de Inside Energy and Environment, la UE define el hidrógeno bajo en carbono como: “Hidrógeno con un contenido energético derivado de fuentes no renovables, y que alcanza un umbral de reducción de emisiones de GEI del 70 % en comparación con el hidrógeno de origen fósil”. hidrógeno».
El análisis realizado por power-technology.com de los últimos datos de GlobalData sobre plantas de hidrógeno con bajas emisiones de carbono muestra que la producción mundial se alimenta principalmente de gas natural y carbón, a pesar de que más países optan por la energía renovable.
El mismo análisis muestra que EUA y Canadá tienen la mayor capacidad anual de hidrógeno bajo en carbono.
El informe de Hydrogen Europe describe varias formas en que el hidrógeno producido por el gas natural puede descarbonizarse de manera efectiva mediante el uso de tecnologías modificadas, como la captura y almacenamiento de carbono (CCS) utilizando plantas de reformado autotérmico o pirólisis de metano. Sin embargo, los costos asociados y las dificultades para lograr una captura de CO2 del 100% hacen que estos enfoques sean potencialmente menos prometedores que las opciones alternativas a más largo plazo. Además, el color del hidrógeno producido con estos métodos varía de gris a turquesa, por debajo del estándar de oro por el cual se produce hidrógeno verde neutral para el clima utilizando energía renovable o biomasa.
Planes futuros
A pesar de que la industria del hidrógeno solo está preñada de promesas, algunos países han hecho planes audaces para aumentar drásticamente la producción de hidrógeno verde hasta 2040. Según nuestro análisis de los datos de GlobalData, antes de la invasión de Ucrania, Australia y Rusia lideraban el camino con respecto a la capacidad planificada; sin embargo, las estimaciones actuales ahora están sujetas a una incertidumbre considerable.
Por el contrario, aunque numerosos países planean aumentar su número total de plantas de hidrógeno verde, esto no equivale necesariamente a un aumento significativo en la capacidad anual total. Rusia y Kazajstán han planeado muchas menos plantas que muchos otros países, pero se espera que tengan una capacidad anual mucho mayor durante los próximos 15 a 20 años.
Acero limpio
Un sector clave difícil de reducir que se considera elegible para la descarbonización utilizando hidrógeno verde es la industria del hierro y el acero. Según un informe COP26 del Grupo de Liderazgo para la Transición de la Industria, se cree que la producción de acero representa alrededor del 10% del CO2 global y el 7% de las emisiones globales de gases de efecto invernadero. El documento argumenta que se espera que la industria crezca hasta un tercio entre ahora y 2050, y que sin una estrategia radical de descarbonización, las emisiones futuras podrían consumir «casi el 20% del presupuesto global restante de CO2 para un 50% de posibilidades de mantener». calentamiento global por debajo de 1.5°C”.
La investigación realizada por Primetals Technologies de Mitsubishi Heavy Industries encontró que aproximadamente el 70% de la capacidad actual de producción mundial de acero (es decir, la parte que actualmente se basa en coque y carbón) es adecuada para cambiar a energía de hidrógeno. Producir una tonelada de acero requiere alrededor de 55 kg de hidrógeno. Para descarbonizar con éxito la industria según las cifras de producción actuales, esto se traduce en la necesidad de 72 Mt de capacidad anual de hidrógeno verde, con 500 GW de capacidad de electrolizador.
Usando esta estimación como punto de referencia, nuestro análisis de la base de datos de hidrógeno verde de GlobalData muestra que incluso si todas las plantas de hidrógeno verde planificadas actualmente estuvieran completamente operativas según lo programado, la capacidad global máxima estaría significativamente por debajo de este objetivo. Este es especialmente el caso dado que la nueva capacidad de hidrógeno verde de ninguna manera se reservará exclusivamente para la industria del acero.
Soluciones prácticas
Primetals ha desarrollado una gama de soluciones para el desafío de limpiar la industria del acero mientras aumenta la capacidad global de hidrógeno verde. Según una investigación reciente, las tecnologías de reducción directa son las más prometedoras para una rápida descarbonización. El documento dice: “El proceso de reducción directa basado en hidrógeno es una de las futuras rutas de producción de acero con mayor potencial para una reducción sustancial de las emisiones de CO2”.
Primetals tiene una asociación de larga data con MIDREX®, cuya tecnología ya tiene la capacidad de producir hierro de reducción directa a partir de gas natural, hidrógeno o una mezcla de ambos, hasta un 100% H2 inclusive.
“Primetals Technologies está bien posicionado porque tenemos una amplia cartera en lo que respecta a la reducción directa utilizando hidrógeno”, dice el Dr. Alexander Fleischanderl, director de tecnología upstream en Primetals Technologies.
La compañía también está desarrollando nuevas tecnologías que complementan las de MIDREX, que se basa en gránulos de mineral de hierro aglomerado. “También contamos con tecnologías de lecho fluidizado que pueden alimentar el mineral de hierro directamente sin peletizar”, dice Fleischanderl.
Primetals implementó su tecnología de lecho fluidizado basada en FINORED en Australia y Venezuela a principios del milenio. Esta tecnología también fue la base del primer paso del proceso para FINEX®, desarrollado conjuntamente por Primetals Technologies y POSCO, y ahora en pleno funcionamiento en una planta coreana dirigida por Posco, que también podría utilizar hidrógeno. Fleischanderl describe otra iniciativa emblemática:
“Uno de nuestros proyectos de desarrollo faro en el que recientemente pusimos en marcha una planta piloto en Austria en Voestalpine es HYFOR (reducción de mineral fino basada en hidrógeno)”, dice Fleischanderl. “Ese es un elemento faltante de la cartera; nadie ha hecho esto.
“Muchos minerales [de hierro] son extremadamente finos debido al beneficio; minerales de hierro submicrónicos que son difíciles de peletizar. Estamos desarrollando una tecnología que nos permite alimentar este mineral de hierro ultrafino directamente en función de la reducción de hidrógeno”.
Un interruptor paso a paso
Al cambiar a hidrógeno, Primetals estima que se podría lograr una reducción inmediata de CO2 de aproximadamente el 91% en comparación con la línea de base BF-BOF basada en carbón. Sin embargo, como también afirma su informe, la descarbonización del hierro y el acero mediante la reducción directa de hidrógeno requiere un sistema eléctrico totalmente renovable. Esto representa un obstáculo importante en el camino hacia una economía global verdaderamente verde.
A pesar de la falta de circunstancias ideales, el Dr. Fleischanderl destaca la importancia de no permitir que la búsqueda de la perfección se convierta en enemiga del progreso. “Cualquier opción es mejor que sentarse y esperar”, dice. “Las primeras implementaciones dirigidas al hidrógeno verde podrían ocurrir, pero mientras tanto tenemos que buscar las opciones.
«Al menos si optamos por la tecnología de reducción directa y usamos gas natural, ya podemos descarbonizar dos tercios en comparación con la ruta tradicional de los altos hornos a base de carbón y coque».
También describe los beneficios de los «hornos de arco eléctrico a gran escala» junto con las energías renovables y la chatarra reciclada para producir acero con bajo contenido de carbono, y la captura de carbono combinada con la reducción directa como «tecnologías puente» viables en el camino hacia el cero neto. Las estrategias adicionales de optimización a corto plazo podrían permitir a las empresas reducir rápidamente las emisiones hasta en un 30 %, aunque esto representa un límite superior.
Primetals también está trabajando con MIDREX en numerosos esfuerzos innovadores para maximizar las soluciones actualmente disponibles que tienen una longevidad y adaptabilidad intrínsecas para aprovechar los futuros suministros de hidrógeno verde. Fleischanderl da el ejemplo de dos plantas rusas a gran escala basadas en un diseño innovador que puede utilizar hidrógeno siempre que esté disponible a escala. También pueden alterar gradualmente las proporciones de gas natural e hidrógeno de manera escalonada hasta que ambas plantas funcionen completamente con este último.
El futuro del hidrógeno y el acero
Las soluciones tecnológicas prometedoras para la descarbonización del acero no eliminan automáticamente numerosas barreras que amenazan con descarrilar el impulso hacia el cero neto. Uno de ellos es el problema de las materias primas limitadas, que frustra los esfuerzos por utilizar chatarra para reducir la dependencia del hierro. Según Fleischanderl, “reciclar y derretir chatarra sería perfecto. Desafortunadamente, la chatarra es limitada, por lo que tenemos que volver al mineral de hierro”.
Esto deja a la industria con solo dos opciones para producir acero con carbono o hidrógeno, lo que genera un problema circular hasta que este último se pueda producir a escala. Fleischanderl apunta a problemas relacionados, como el aumento de los precios de la energía y la vida útil sustancial de los activos de alrededor de 40 años para las plantas de fabricación de hierro, lo que plantea desafíos importantes para los inversores potenciales. Para contrarrestar la vacilación de la industria, cita iniciativas como el sistema europeo de comercio de emisiones , que puede que ya haya animado a las siderúrgicas a seguir «vías aceleradas» hacia la descarbonización, debido a los incentivos financieros obtenidos al evitar o reducir los costos asociados.
Otro obstáculo inminente para el futuro uso de hidrógeno neto cero para descarbonizar el acero es que el sector enfrenta una dura competencia de muchas otras industrias que buscan aprovechar el aumento planificado en la producción. Nuestro análisis de la investigación de GlobalData sugiere que el petróleo verde de la naturaleza tiene una gran cantidad de bocas hambrientas que alimentar, la más hambrienta de las cuales será el sector del transporte.
Esto sugiere que la oferta futura tendrá que aumentar exponencialmente para satisfacer la demanda multifacética. La descarbonización total de la fabricación de acero con reducción directa basada en hidrógeno requiere un esfuerzo gigantesco de todas las partes interesadas para garantizar que se agregue mucha más capacidad futura al sistema, lo que plantea desafíos considerables relacionados con la necesidad paralela de aumentar las energías renovables de aquí al 2050. Acero limpio hecho de acero limpio el hidrógeno necesita electricidad limpia a escala y una miríada de otras medidas para permitir la reestructuración de la fabricación de acero.
Un informe de la Comisión de la UE sobre la viabilidad de descarbonizar el acero con hidrógeno planteó varios desafíos que enfrenta el sector, como un aumento estimado del costo inicial de alrededor del 33 % por tonelada de acero en comparación con la dependencia del carbón. El informe también sugiere que un posible efecto colateral del acero verde más caro podría generar una mayor demanda de materiales alternativos, como el aluminio en el sector automotriz o la madera en la industria de la construcción. Esto podría conducir a una mayor eficiencia energética de vehículos más livianos y la captura natural de carbono de la silvicultura sostenible, lo que podría compensar las emisiones globales.
Se cree que el acero limpio neutral en carbono sostenible es teóricamente alcanzable; sin embargo, según la trayectoria actual, esto puede resultar difícil antes de 2050, a menos que se pueda forjar con éxito un plan de acción armonizado para abordar los problemas más urgentes en un período de tiempo relativamente corto. Será necesaria una cooperación geopolítica, financiera e industrial sin precedentes a escala mundial para evitar los peores efectos de la crisis climática que acechan en el horizonte.
Para aquellos que invierten en las industrias de energía limpia, hidrógeno y fabricación de acero que están dispuestos a apostar fuerte por la perspectiva de una economía verdaderamente sostenible impulsada por el petróleo verde de la naturaleza, los riesgos a corto plazo pueden parecer desalentadores, pero las posibles recompensas futuras son considerables. y de largo alcance. Un futuro más limpio impulsado por hidrógeno comienza ahora para aquellos que están listos para convertirse en pioneros de la industria.
Reportacero
