11/11/2022 | 06:00
L’hidrogen és l’element químic més abundant a l’univers (75%) i un dels elements més abundants a la Terra.
Energies renovables: electrificació i descarbonització per afrontar el canvi climàtic
El consum de combustibles fòssils està augmentant la concentració de gasos d’efecte d’hivernacle a l’atmosfera i contribuint al canvi climàtic. La transició cap a les energies renovables és necessària; però, perquè sigui efectiva, cal tractar d’un últim problema. Actualment, la tecnologia per a transformar l’energia solar, l’eòlica i la hidroelèctrica en electricitat ofereix costos molt competitius i ja és part de la generació d’energia elèctrica. Però totes les energies renovables són, per definició, intermitents, donen màxima potència quan la naturalesa mana, però potser no quan es necessiten; un fet a tenir en compte si la xarxa elèctrica passa a dependre de les renovables en un futur pròxim. Emmagatzemar els gigawatts hora —milions de kilowatts hora— que necessita la xarxa és tècnicament impossible només amb bateries, que tenen limitacions a gran escala. Més enllà, si parlem de descarbonització a la indústria, hi ha sectors que mai podran electrificar-se completament, com són el transport a llarga distància, o les indústries pesants que necessiten uns consums de potència que no estan a l’abast ni de la xarxa.
L’emmagatzematge d’energies renovables com a combustible verd apareix com una solució indispensable per afrontar el canvi climàtic. És a dir, l’energia elèctrica de fonts renovables pot ser transformada en un combustible net, com pot ser l’hidrogen que s’obtindria a partir de l’aigua. I que tornaria a ser aigua recombinant-lo amb oxigen per extraure’n l’energia química emmagatzemada.
El paper de l’hidrogen en la descarbonització industrial i en la nostra societat
La introducció de l’hidrogen renovable tindria, a més, un paper molt important en la descarbonització industrial. La indústria utilitza milions de tones a l’any d’hidrogen per a la producció de fertilitzants, plàstics, i labors de refinament. I tot aquest hidrogen encara s’obté de cremar gas natural —s’anomena hidrogen gris. Per cada kilogram d’hidrogen obtingut, s’alliberen a l’atmosfera gairebé set kilograms de CO2: una indústria insostenible. Així, a més de ser un vector energètic útil per emmagatzemar energies renovables, l’hidrogen verd evitaria emissions industrials. I aquestes indústries serien les primeres consumidores d’hidrogen verd, com a primera llavor d’un mercat emergent. Així, l’hidrogen verd es considera una aposta segura i imprescindible per a la transició energètica dins de l’agenda del European Green Deal, per assolir els objectius de descarbonització el 2030 i el 2050.
L’hidrogen verd es considera imprescindible per assolir els objectius de descarbonització el 2030 i el 2050
És veritat que l’hidrogen és un gas de molt poca densitat, i encara es considera problemàtic el seu transport. Però sempre serà part de la solució: l’hidrogen verd és també una pedra angular per obtenir combustibles líquids mitjançant la reacció amb nitrogen —atmosfèric—, o amb diòxid de carboni —contaminant. Aquests combustibles líquids, fàcils de transportar i amb una millor densitat d’energia, serien verds i neutres mediambientalment i sense empremta de carbó si s’obtinguessin a partir d’energies renovables i d’hidrogen verd.
Oportunitats industrials per a Catalunya entorn del desplegament de les tecnologies de l’hidrogen verd
En el Plan Nacional Integrado de Energía y Clima 2021-2030 (PNIEC 2021-2030) es preveu desplegar 60 GW de capacitat en energies renovables i les capacitats de la xarxa elèctrica amb uns costos estimats per sobre de 90.000 milions d’euros. Les sol·licituds presentades sobrepassen amb escreix les perspectives fixades amb 60 GW per assolir els objectius d’electrificació renovable marcats per la UE i orientats a la producció d’hidrogen verd. Sense ser oficial, s’està parlant que l’Estat espanyol pot disposar, el 2030, d’una capacitat d’electrolitzadors de 4 GW —una inversió aproximadament d’uns 6.000 milions d’euros considerant 1.500 €/kW— per produir hidrogen verd a partir d’aquestes renovables, i, tenint en compte el factor de planta —hores de producció de renovables respecte a les 8.760 hores que té un any—, necessitarien poder disposar d’uns 19,5 GW de fotovoltaica —inversió en energia renovable d’uns 13.000-16.000 milions d’euros—, o d’uns 11,5 GW d’eòlica terrestre —inversió en energia renovable d’uns 14.000-17.000 milions d’euros— o d’uns 8,5 GW d’eòlica marina —inversions d’uns 20.000-25.000 milions d’euros. Segons aquestes previsions, serà capaç de produir unes 80 tones de H2 a l’hora.
En primer lloc, això permet cobrir les necessitats industrials —siderúrgica, producció de fertilitzants, refineries, indústria química… Com a referència, la indústria petroquímica de Tarragona preveu una fase inicial de 150 MW —3 tones/hora. En segon lloc, cal satisfer la previsible demanda del sector del transport pesant. Com a referència, cal dir que aquest parc és incipient —mesures com les de TMB a Barcelona. Per la seva promoció, cal un full de ruta per al desplegament del transport pesant amb H2. En tercer lloc, caldria estimar altres possibles usos. Cal tenir present que l’ús de les bombes de calor permet de manera més eficient l’electrificació dels sistemes de calor i fred.
Davant d’aquest panorama, Catalunya no disposa d’energies renovables per produir hidrogen verd. La manca d’energies renovables d’ús directe per produir hidrogen de quilòmetre zero fa molt probable que Catalunya hagi de portar d’altres llocs les energies renovables, ja sigui com a energia elèctrica o energia química —hidrogen, amoníac…—, amb les repercussions consegüents que tindria sobre els costos del quilo d’hidrogen i la pèrdua de sobirania energètica.
Catalunya té opcions per participar en la cadena de valor de les tecnologies de l’hidrogen
Malgrat aquesta situació sobre les fonts d’energia renovables i la sobirania sobre els costos, Catalunya té nombroses opcions per intervenir i participar en la cadena de valor de les tecnologies de l’hidrogen mitjançant empreses disruptives amb tecnologia pròpia i que poden donar lloc a ocupació de qualitat i a posicionar el nostre potencial industrial: fabricació d’electrolitzadors, fabricació de piles de combustibles amb especial interès en la utilització en mobilitat sostenible, sistemes per a l’adequació de l’aigua per a la producció d’hidrogen, purificació i control de la qualitat de l’hidrogen segons aplicacions, sistemes per la compressió i liquació de l’hidrogen, dipòsits per a l’emmagatzematge de l’hidrogen líquid i la pressió, reactors per als processos electroquímics i termoquímics amb H2 i CO2, sistemes de seguretat, sistemes d’emmagatzematge d’hidrogen incloent-hi sistemes basats en l’amoníac o altres vectors, comunitats energètiques amb emmagatzematge amb hidrogen, nous hidrogenductes incloent-hi canonades i plantes de bombament per als sistemes d’importació/exportació de H2 com a “hub d’hidrogen per Europa”, o desplegament de sistemes per a la descarbonització a partir de la captura de CO2 i l’ús del H2.
Cal destacar també l’enorme grandària d’aquest mercat a escala mundial i, al mateix temps, la intensitat d’aquesta transformació que en quasi 30 anys pretén assolir el que les energies fòssils han implementat en gairebé 150 anys.
Desplegament de l’hidrogen verd a Catalunya
El desplegament industrial de l’hidrogen verd a Catalunya està orientat, de forma prioritària, a substituir progressivament l’ús massiu d’hidrogen gris a la indústria química-petroquímica per hidrogen verd o baix en carboni. Aquest és un element clau per a la descarbonització i la competitivitat del sector que, a Catalunya, està principalment representat en el complex petroquímic de Tarragona, el més gran del sud d’Europa, que produeix i utilitza actualment unes set tones/hora d’hidrogen gris com a matèria primera.
A més de la petroquímica, la indústria siderúrgica catalana, representada primàriament per CELSA, està projectant l’ús de l’hidrogen com a matèria primera, com a material reductor, per produir acer verd. El sector de l’automoció a Catalunya és molt rellevant i es troba, com a tot el món, en una etapa de transformació profunda. Algunes empreses catalanes del sector estan explorant el disseny i fabricació de vehicles d’hidrogen, com QEV, o bé la transformació de vehicles de combustible fòssil a hidrogen —retrofitting—, com és el cas d’EVARM —vehicles ja en operació. També cal destacar el paper d’IDIADA, centre d’assaig i homologació de vehicles, en l’àmbit de l’hidrogen.
Actualment, Catalunya disposa de la planta de producció i dispensació d’hidrogen d’Iberdrola promoguda per TMB per tal, inicialment, d’abastir la seva flota de busos d’hidrogen. A l’àrea de Tarragona, es preveuen dues instal·lacions més d’aquest tipus per al 2023, promogudes per l’Ajuntament de Tarragona i Carburos Metálicos, com també altres projectes estan en planificació.
D’altra banda, cal també emfatitzar el futur paper dels ports —Barcelona i Tarragona— i dels aeroports com a hubs d’hidrogen. Diferents indústries catalanes vinculades als béns d’equip s’estan posicionant al voltant de l’hidrogen, adaptant els seus productes o bé desenvolupant-ne de nous: vàlvules, sistemes de seguretat, dipòsits, recipients i vehicles per a emmagatzematge i transport, sistemes de pressurització, de liqüefacció, reactors…
Vall de l’Hidrogen de Catalunya
Sota la denominació de «Valls de l’hidrogen», Europa identifica i promou les regions capdavanteres que estan desenvolupant un ecosistema de producció, logística/transport i usos diversos de l’hidrogen, així com també de tecnologia i formació associada. A casa nostra, més de 200 organitzacions, entre les quals 145 empreses de diversos sectors, s’apleguen en la Vall de l’Hidrogen de Catalunya.
Som, a Catalunya i al món, en els inicis del desplegament de l’anomenada era de l’hidrogen
Actualment, el 35% de les organitzacions adherides a la Vall de l’Hidrogen de Catalunya participen en la promoció d’uns 70 projectes de generació i ús industrial i mobilitat, R+D+I i fabricació d’equips i iniciatives de formació i socialització. Som, a Catalunya i al món, en els inicis del desplegament de l’anomenada era de l’hidrogen. Es preveuen tres dècades perquè l’hidrogen assoleixi la seva maduresa i se’n vagi implantant l’ús en els àmbits on sigui més competitiu econòmicament i tecnològicament més madur, com diferents estudis de prospectiva assenyalen
Catalunya, i la indústria catalana, tenen un gran potencial en aquesta era de l’hidrogen, com va remarcar el passat 6 de maig de 2022 Ursula von der Leyen, presidenta de la Comissió Europea, davant el Cercle d’Economia: «Catalunya és l’escenari perfecte per desenvolupar una vall europea de l’hidrogen… s’està creant tot un ecosistema d’hidrogen… algunes realitats són les flotes d’autobusos d’hidrogen a Barcelona, i després a Tarragona, o desenvolupar talent a través d’un màster en tecnologies de l’hidrogen».
[Jordi Cartanyà Solé és doctor en Ciències Químiques i coordinador de la Vall de l’Hidrogen de Catalunya.
Joan Ramon Morante és director de l’Institut de Recerca en Energia de Catalunya (IREC), cap del laboratori d’emmagatzematge d’energia i professor catedràtic de la Universitat de Barcelona.
José Ramón Galán-Mascarós és professor i investigador ICREA de l’Institut Català d’Investigació Química (ICIQ).]
* La versió completa d’aquest article ha sortit publicada a la revista ‘Eines 44 (Re)industrialitzar el país‘, editada per la Fundació Josep Irla.
