A medida que los países de todo el mundo aceleran sus esfuerzos para combatir el cambio climático, la descarbonización de la navegación y el transporte sigue siendo un reto clave.
Este es el caso, en particular, de las aplicaciones en las que la electrificación a gran escala no siempre es técnica o económicamente viable, como la aviación, la navegación marítima y el transporte pesado de larga distancia. Estos sectores combinados representan aproximadamente el 10% de las emisiones mundiales de CO2.
En la actualidad, existen varias tecnologías y procesos probados para producir eCombustibles a base de hidrógeno. Algunos ejemplos incluyen (pero no se limitan a):
· Fischer-Tropsch (FT) synthesis – La síntesis FT es un método bien establecido para convertir una mezcla de monóxido de carbono (CO) e hidrógeno en hidrocarburos líquidos. En el contexto de los eCombustibles, el CO se genera normalmente a partir de CO2 mediante la reacción inversa de cambio agua-gas, utilizando hidrógeno verde como reductor. A continuación, el proceso de FT cataliza el hidrógeno y el CO para formar hidrocarburos de cadena más larga que pueden refinarse posteriormente en varios tipos de combustibles, como gasolina sintética, gasóleo, combustible para aviones, etc.
· Producción de metanol sintético – La producción de metanol sintético (o eMetanol) consiste en combinar hidrógeno y CO2 bajo presión a temperaturas elevadas en presencia de un catalizador metálico. A continuación, el metanol se separa del agua y las impurezas mediante destilación. El uso del metanol está ganando terreno como sustituto del fuelóleo pesado (HFO) en el transporte marítimo. Decenas de buques de metanol están en funcionamiento en todo el mundo, y muchos más están bajo contrato para ser entregados hasta el final de la década.
· Metanización mediante la reacción de Sabatier – La metanización consiste en hacer reaccionar hidrógeno con CO2, normalmente en presencia de un catalizador a base de níquel, para producir metano sintético (es decir, e-NG).
· Producción de amoníaco sintético – El amoníaco sintético es el único eCombustible que no requiere CO2. Se produce combinando químicamente nitrógeno (normalmente derivado de la separación del aire) con hidrógeno verde. Al igual que el eMetanol, el eAmoniaco (es decir, el amoniaco verde) se está considerando principalmente como sustituto del HFO en aplicaciones marinas.
A pesar del potencial de descarbonización de los eCombustibles, su producción a escala se enfrenta a varios retos. En concreto, el insumo energético necesario para producir eCombustibles es mucho mayor que el de los combustibles fósiles. Una solución para hacer frente a esto es hacer uso de la sobreproducción renovable.
Según la Agencia Internacional de la Energía (AIE), alcanzar una cuota del 10% de eCombustibles en la aviación y el transporte marítimo podría aumentar la demanda de electricidad renovable en unos 2.000 TWh/año de aquí a 2030. Para ello se necesitarán más de 400 GW de capacidad de producción de hidrógeno ecológico, una cifra considerablemente superior a la producción prevista de todo el portafolio de proyectos de electrolizadores mundiales hasta el final de la década.
Conseguir los volúmenes necesarios de CO2 de bajo coste para la producción de eFuel a gran escala también es un reto. Muchas zonas remotas que son ideales para el despliegue de recursos eólicos y solares para producir hidrógeno verde no están ubicadas con fuentes industriales de CO2 de alta concentración o tuberías de CO2. Aunque la captura directa en el aire es posible y puede proporcionar una fuente ilimitada de CO2 sin limitaciones geográficas, la rentabilidad de estos proyectos puede ser difícil de justificar.
Soluciones de suministro de energía eléctrica para plantas de eFuel
Como especialista tecnológico, Hitachi Energy respalda los proyectos de eFuel a gran escala con soluciones de electrificación y conversión de energía en hidrógeno.
Un ejemplo es nuestro enfoque Grid-to-Stack, que es una solución integral del ciclo de vida para conectar plantas de hidrógeno ecológico a la red de alta tensión. Grid-to-Stack abarca todo el paquete de suministro eléctrico de la planta y aborda los principales retos a los que se enfrentan los operadores, como la conversión de potencia, la compensación de potencia reactiva, el filtrado de armónicos y la seguridad.
Basándonos en estudios conceptuales y FEED en las primeras fases, nos aseguramos de que toda la infraestructura de suministro eléctrico de la planta sea interoperable y esté optimizada, desde la conexión a la red hasta los terminales de la pila de electrolizadores. Esto permite que los electrolizadores funcionen de forma segura y eficiente en todas las condiciones, cumpliendo al mismo tiempo el código de red. También apoyamos las operaciones y el mantenimiento con soluciones digitales avanzadas y acuerdos de servicio a largo plazo, lo que permite a nuestros clientes reducir su coste nivelado de producción de hidrógeno.
El año pasado, Hitachi Energy fue seleccionada por Arcadia eCombustibles para llevar a cabo un FEED eléctrico para la primera instalación comercial del mundo de producción de eCombustibles para combustibles de aviación sostenibles en Dinamarca.
El alcance del trabajo incluía un estudio detallado de una solución que optimizará la conexión a la red y el diseño de la instalación de eCombustibles. El contrato adjudicado a Hitachi Energy también incluye una opción para suministrar el sistema eléctrico cuando se complete el FEED, lo que contribuye a reducir el plazo total del proyecto al mitigar los elementos de larga duración, como los transformadores de potencia.
Cuando esté operativa, la planta utilizará 360 MW de electricidad renovable, agua y CO2 para producir 100 millones de litros de eCombustibles al año.
Los eCombustibles basados en hidrógeno verde son una de las vías para electrificar indirectamente partes de los sectores del transporte marítimo y terrestre. Aunque actualmente los costes de producción de los eCombustibles son superiores a los de los combustibles fósiles tradicionales, el aumento de las inversiones en capacidad de generación renovable y electrolizadores, junto con los continuos avances en las tecnologías de producción, impulsarán probablemente las economías de escala y ampliarán los posibles casos de uso.