Análisis del impacto de la economía del hidrógeno en España

Abstract

Introducción La creciente preocupación sobre el medioambiente pasa por la progresiva reducción a nivel global de las emisiones contaminantes, lo cual implica la penetración progresiva de energías renovables, combustibles alternativos libres de emisiones contaminantes y una mayor eficiencia energética. El hidrógeno renovable (producido mediante energía renovable) es particularmente atractivo pues agrupa los tres aspectos anteriores a lo largo de su cadena de producción y suministro, a la vez que implica la generación de empleo de alta cualificación, y el potencial posicionamiento de España como líder en esta tecnología. El presente proyecto analiza la viabilidad técnica y económica de la explotación de este recurso energético en los años comprendidos entre 2020 y 2050, pues la principal traba actual se encuentra en la baja demanda y, por tanto, un elevado coste de producción. Sin embargo, esto se solventará con el cumplimiento de la European Stategy H2 a nivel nacional. Definición del Proyecto El Proyecto consiste la realización de un estudio de impacto sobre la economía del hidrógeno en España, lo cual significa estudiar de forma interrelacionada aspectos de la producción, transporte, almacenamiento y consumo del hidrógeno renovable, respetando las medidas gubernamentales de la Hoja de Ruta del Hidrógeno renovable en España (Ministerio de Transición Ecológica y Reto Demográfico, 2020).

Figura 1. Esquema de la Cadena de Valor del hidrógeno renovable - 2030 Es en la Figura 1 dónde se muestra el esquema de producción, distribución y agentes preponderantes del consumo final del hidrógeno renovable, con los resultados obtenidos a 2030 para el aprovechamiento total de la cadena de valor del hidrógeno en España. Dicha cadena comprende la producción de hidrógeno renovable de energía de parques fotovoltaicos, que alimentan con ella y un caudal hídrico al conjunto de electrolizadores incluidos en la Figura, para producir entre 1.06 y 1.35 MtH2, que serán distribuidos, bien de forma local, bien distribuidos para su consumo remoto en industria, movilidad o suministrando calor residencial o industrial. La distribución necesita de la compresión del hidrógeno obtenido en la electrólisis y se puede bien almacenar, bien transportar mediante la red de gas natural existente o mediante camiones en carretera, ferrocarril o por vía marítima. Si se introduce sobre la estructura gasista, es habitual la construcción de hidroductos de reducida longitud, exclusivos de hidrógeno, y con consumos industriales y de calor industrial/residencial. Sin embargo, si el consumo es por parte del sector del transporte, lo común es realizar un almacenamiento del hidrógeno y alimentar por medio de hidrogeneras a la flota de autobuses y utilitarios, los cuales funcionan mediante el proceso inverso a la electrólisis en pilas de combustible. Descripción del modelo/sistema/herramienta En la Figura 2 se muestra la interrelación entre los aspectos estudiados del potencial económico del hidrógeno renovable en España. Dicho estudio comprende la generación de una base de datos (BB.DD) en variables de consumo y costes de gas natural o emisiones contaminantes, que, junto con las directrices de la Hoja de Ruta del hidrógeno, resultan en un coste y demanda futura de esta fuente energética. Su demanda determina la capacidad renovable y potencia de electrolizadores necesarios en la producción de hidrógeno que, a su vez, conlleva el impacto relevante en empleo en producción (y los puestos asociados al consumo).

Figura 2. Esquema del Modelo Generado y Resultados Obtenidos Resultados Los resultados del modelo se resumen en dos escenarios, a visión 2030 y 2050, con los aspectos técnicos y socioeconómicos resumidos en la Tabla 1. Escenario 2030 Escenario 2050 Demanda H2 1,05 – 1,35 2,80 – 5,10 [MtH_2] Coste H2 5,40 – 4,50 2.10 – 1.15 [€/(kgH_2 )] Reducción emisiones CO2 3,85 – 4,85 28,30 – 59,20 [Mt〖CO〗_2] Potencia Electrólisis 2,50 – 3,15 17,80 – 37,40 [GW] Nueva Capacidad Fotovoltaica 9,30 – 11,70 65 – 120 [GW] Inversiones Necesarias 9.030 – 11.367 52.855 – 110.854 [M€] Generación empleo autonómico construcción 99.292 – 124.899 707.738 – 1.482.340 [ETC] Generación empleo autonómico operación 11.632 – 14.632 82.909 – 173.651 [ETC] Tabla 1. Tabla Resumen resultados técnicos y socioeconómicos Como síntesis, se tiene que el aprovechamiento del potencial del hidrógeno renovable es clave en la recuperación económica tras la crisis de la COVID-19 y que dicha recuperación será gracias a la transformación energética española. La reducción de los precios del hidrógeno renovable y la demanda incremental del mismo determinan el despliegue de plantas híbridas renovables con producción de hidrógeno y la generación de empleo asociado a tiempo completo [ETC].

Introduction The growing environmental concern implies a progressive but global reduction of pollutant emissions, which in the end goes through the increasing penetration use of renewable sources of energy, use of alternative fuels, free of polluting emissions, and increasing energy efficiency in all terms. Green hydrogen (the one generated using renewable energy) is particularly attractive since it groups all the three previous measures throughout both its production and supply chain. At the same time, the use of green hydrogen has a great impact in employment generation, mainly highly qualified employment, and related to civil engineering jobs in the construction phases of hybrid plants involving renewable production and green hydrogen generation. The exploitation of the hydrogen supply chain will eventually position Spain as a leader in this technology and energy transformation. This project analyzes the technical and economic viability of the exploitation of this energy resource in the years included between 2020 and 2050. Since the main hydrogen’s current obstacle is low demand (and, therefore, a high production cost), the Spanish Government has generated the Green Hydrogen Roadmap to cover this issue. With this perspective, the potential impact of hydrogen in the Spanish economy will take off, positioning Spain as a relevant leader in the sector. Project Definition The project consists of carrying out a global study of impact on the hydrogen economy in Spain, which means studying all the correlated aspects of the production, transport, storage, distribution and consumption of green hydrogen. This, at the same time, respects the governmental measures of the Hydrogen Roadmap renewable in Spain (Ministry of Ecological Transition and Demographic Challenge, 2020).

Figure 1. Green Hydrogen Value Chain Scheme - 2030 It can be seen in Figure 1 the production, distribution and the most important agents in the final consumption of renewable hydrogen, including the results obtained by 2030 by means of the whole use of the hydrogen’s value chain in Spain. This value chain includes the production of renewable hydrogen from renewable energy (mainly from solar photovoltaic plants, but also wind farms). This energy production feeds along with a certain amount of water, the set of electrolysers included in Figure 1, in order to produce between 1.06 and 1.35 MtH2. This hydrogen production will be distributed, either locally or well distributed for remote consumption in industry, mobility or supplying residential or industrial heat. The hydrogen distribution requires its compression, after it has been obtained in the electrolysis process. After this, it can either be stored, ether be distributed through the existing natural gas network or by trucks, railway or seaway. If it is introduced on the gas network, it is common to build short length hydroducts, for hydrogen exclusive use, supplying industrial and industrial / residential heat consumption. However, if consumption is related to transportation applications, the common way to distribute hydrogen is by storing it in order to feed a fleet of buses and private vehicles through hydrogen stations. All these vehicles work through the reverse process of electrolysis by means of fuel cells. Model Description Figure 2 shows the correlation between the studied aspects of the economic potential of renewable hydrogen in Spain. The generated model study includes the generation of a database (DATABASE) on consumption variables and costs, both of natural gas and polluting emissions. All this, additionally with the guidelines of the Hydrogen Roadmap, results in a future cost and demand of this energy source. This future demand determines the renewable capacity and needed electrolyzers capacity, necessary in the production of hydrogen. Finally, this electrolysis and renewable deployment carries a relevant impact on employment generation in both hydrogen production together with the jobs associated with hydrogen consumption.

Figure 2. Scheme of the Generated Model and Results Obtained Results The results of the model are summarized in two scenarios, in scenarios 2030 and 2050, with the technical and socioeconomic aspects summarized in Table 1. 2030 Scenario 2050 Scenario H2 Demand 1,05 – 1,35 2,80 – 5,10 [MtH_2] H2 Cost 5,40 – 4,50 2.10 – 1.15 [€/(kgH_2 )] CO2 Emissions Reduction 3,85 – 4,85 28,30 – 59,20 [Mt〖CO〗_2] Electrolyser Capacity 2,50 – 3,15 17,80 – 37,40 [GW] New Renewable Capacity 9,30 – 11,70 65 – 120 [GW] Needed Investments 8.650 – 10.915 70.000 – 135.410 [M€] Regional Employment Generation - Construction 99.292 – 124.899 707.738 – 1.482.340 [ETC] Regional Employment Generation - Operation 11.632 – 14.632 82.909 – 173.651 [ETC] Table 1. Summary table of technical and socioeconomic results In summary, it is necessary to take advantage of the potential of renewable hydrogen, being a key in the economic recovery after the COVID-19 crisis. The reduction in the prices of green hydrogen and the incremental demand for it, determines the deployment of renewable hybrid plants along with hydrogen production and the generation of associated full-time employment [FTE].