Las locuras del DEFR – Costo del almacenamiento de hidrógeno – ¿Watts está de acuerdo con eso?

Del CONTRARIO DE MANHATTAN

francisco mentón

Aquí en Nueva York tenemos nuestro propio acrónimo único y especial de cómo creemos que vamos a hacer que nuestra futura red eléctrica libre de emisiones funcione principalmente con generación eólica y solar. El acrónimo es DEFR, el «recurso libre de emisiones despachables». Cuando se ponga el sol y el viento deje de soplar en pleno invierno, elevaremos el DEFR para mantenernos a todos cálidos y cómodos. Por supuesto, habrá cero emisiones de carbono porque, por definición, el DEFR está «libre de emisiones».

Desafortunadamente, nadie está muy seguro de cuál podría ser este DEFR. Sólo hay unas pocas opciones. La energía nuclear puede funcionar, pero en Nueva York está completamente bloqueada por la obstrucción regulatoria y la certeza de décadas de litigios. Las baterías son demasiado caras y físicamente no están en buenas condiciones para funcionar. Esto deja a muchos defensores de la energía verde recurriendo al hidrógeno como último recurso. Por supuesto, todavía no tenemos una producción significativa de hidrógeno a partir de fuentes libres de carbono. Pero parece muy sencillo: basta con utilizar generadores eólicos y solares para alimentar electrolizadores que produzcan hidrógeno a partir del agua; luego almacena el hidrógeno en algunas cavernas grandes y quémalo cuando lo necesites. No hay carbono involucrado. ¡Problema resuelto!

He publicado algunas publicaciones en los últimos años comentando algunas de las muchas cuestiones que hacen imposible esta fantasía del hidrógeno «verde». Esta publicación de junio de 2022 señaló que es poco probable que el costo de producir hidrógeno a partir del agua caiga por debajo o incluso se acerque al costo de extraer gas natural nuevo del suelo; Esta publicación de agosto de 2024 analizó varios otros problemas del hidrógeno, como su menor densidad energética en comparación con el gas natural y la posible necesidad de una infraestructura completamente nueva de tuberías, plantas de energía, camiones de reparto y dispositivos de consumo.

Ahora llega un nuevo estudio que se centra en una porción diferente de los costos del uso del hidrógeno como principal fuente de energía para la economía. El problema es el coste de almacenar hidrógeno desde el momento de su producción hasta que se necesita para su uso. El nuevo estudio apareció en la revista científica Joule el 8 de octubre con el título «Costos de reducción de carbono del hidrógeno verde en sectores de uso final». (El enlace solo lleva a una introducción larga y abstracta. Tendrá que pagar $35 para obtener el artículo completo, pero la introducción en el enlace le dice lo que necesita saber).

Quizás lo más significativo de este nuevo estudio sean los autores. Se trata de Roxana Shafiee y Daniel Schrag, quienes trabajan en Harvard y tienen impecables credenciales de culto climático, incluidos múltiples nombramientos en varias subescuelas e institutos de Harvard (Centro para el Medio Ambiente de la Universidad de Harvard, Departamento de Ciencias Planetarias y Terrestres de Harvard, Harvard Paulson ). Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas, Centro Belfer para Ciencias y Asuntos Internacionales de la Escuela Kennedy de Harvard (se entiende la idea). Estas no son personas que puedan ser descartadas como «negacionistas del clima».

Shafiee y Schrag reconocen correctamente que el costo de producir hidrógeno a partir de agua es sólo una fracción, y posiblemente una pequeña fracción, del costo de llevar hidrógeno útil a un consumidor en el punto de uso. Critican a los entusiastas del hidrógeno verde por no prestar suficiente atención a otros costes, y en particular a los costes de «almacenamiento y distribución»:

El hidrógeno generado mediante electrólisis utilizando energía renovable (hidrógeno verde) ha ganado importancia como estrategia potencial en la descarbonización de sectores de la economía difíciles de reducir, donde la electrificación es técnicamente desafiante o muy cara. Muchos gobiernos han establecido objetivos políticos y, en algunos casos, incentivos financieros para la producción de hidrógeno verde, con la expectativa de que los costos de producción disminuirán rápidamente en las próximas décadas, brindando oportunidades de reducción de carbono a bajo costo en muchos sectores. Sin embargo, Muchos análisis recientes no consideran los costos de almacenamiento y distribución de entregar hidrógeno verde a diferentes sectores o cómo estos costos pueden variar entre usos finales..

Entonces Shafiee y Schrag se propusieron corregir esas deficiencias. Hay que reconocer que S&S descubrió que los costos de la infraestructura de distribución y almacenamiento dependen en gran medida de la intensidad con la que se utiliza esa infraestructura. (Hasta donde puedo determinar, ni una sola de las miles de personas en las vastas burocracias reguladoras de energía de Nueva York ha descubierto todavía este simple principio). y luego usado. S&S señala que algunos sectores, en particular industrias como la petroquímica y la siderúrgica, pueden realizar ciclos de almacenamiento de hidrógeno muchas veces al mes, reduciendo así los costes. Lamentablemente, no ocurre lo mismo con el sector energético:

Aunque es posible lograr bajos costos de almacenamiento y distribución de hidrógeno (<$1/kgH2) mediante economías de escala, esto requiere una alta utilización de la infraestructura de almacenamiento y distribución, lo que no es aplicable a todos los sectores de uso final. Si la infraestructura de almacenamiento y distribución está subutilizada, los costos aumentan significativamente. Los costos de almacenamiento en cavernas de sal aumentan de menos de $0,50/kgH2 a $6/kgH2, en promedio, si los almacenes se ciclan menos de 10 veces al año, por ejemplo, en el contexto de cambios estacionales en la demanda (por ejemplo, calefacción o generación de electricidad).

Así es: el hidrógeno producido y almacenado para la calefacción del hogar sólo se recicla una vez al año como máximo. Para comprender la importancia de los costos cotizados, recuerde que el factor de conversión de equivalencia energética de $/kgH2 a $/MMBTU (las unidades en las que se cotizan los precios del gas natural, como es habitual) es 8. $6/kgH2 se convierte a $48/MMBTU. Y eso es sólo para el almacenamiento dentro del año. Mientras tanto, el precio actual del gas natural Henry Hub es de 3,06 dólares/MMBTU, y gran parte no necesita almacenarse durante un período significativo porque se produce aproximadamente según sea necesario para satisfacer la demanda.

Felicitaciones a S&S por darse cuenta de que el costo de almacenamiento del hidrógeno es un problema enorme y poco reconocido. Pero, lamentablemente, sólo llegan a considerar el almacenamiento durante todo el año. También existe un gran problema de almacenamiento durante varios años si el hidrógeno verde se convierte en el respaldo de una red alimentada principalmente por energía eólica y solar. En una publicación del 28 de septiembre de 2023, cubrí un informe recién publicado de la Royal Society británica que trataba sobre cuestiones de almacenamiento de energía a largo plazo para respaldar los generadores eólicos y solares. La Royal Society había recopilado datos meteorológicos de Gran Bretaña durante unos 37 años, que revelaron que existe el peor caso de «sequía» de viento y sol, comparable a las sequías de lluvia, que sólo pueden ocurrir una vez cada 20 años aproximadamente. Una solución de almacenamiento para respaldar la generación de electricidad eólica y solar sin respaldo de combustibles fósiles debe cubrir los peores casos de sequía.

El Informe de la Royal Society incluye el siguiente gráfico de posibles retiros necesarios del almacenamiento para cubrir los peores casos de sequía:

El gráfico muestra que del almacenamiento necesario para una copia de seguridad completa durante un período de 37 años de datos, la mitad se habría llamado solo dos veces y aproximadamente una cuarta parte se habría llamado solo una vez. Tal vez S&S debería volver a sus computadoras portátiles para calcular cuánto cuesta el almacenamiento en la caverna de sal por unidad de energía almacenada cuando solo se llama una vez cada 37 años. Si el almacenamiento que se realiza un ciclo una vez al año cuesta $6/kgH2, ¿el almacenamiento que se realiza un ciclo una vez cada 37 años cuesta $222/kgH2? El costo combinado (entre el almacenamiento que se cicla una vez al año y la parte poco utilizada que se cicla sólo una vez cada 10, 20 o incluso 37 años) parecería ser de unos 100 dólares/kg de H2, equivalente a 800 dólares/MMBTU de gas natural. Eso es más de 250 veces el precio actual del gas natural y, por supuesto, es sólo el costo de almacenamiento. En realidad, el coste de producir hidrógeno sería adicional.

Entiendo que hay gente que está avanzando para establecer parte de esta infraestructura de hidrógeno, financiada con subsidios gubernamentales. Es casi imposible imaginar cuántos subsidios se necesitarían para que un sistema así fuera plenamente funcional. Nunca sucederá.

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