El hidrógeno verde se considera un componente importante de la transición climática global, especialmente como combustible y portador de energía para el transporte pesado y la industria. Sin embargo, la producción de hidrógeno verde a gran escala requiere métodos sostenibles de gestión de los recursos hídricos para evitar la escasez de agua y conflictos con la agricultura por el acceso. Esto se ha demostrado en un estudio único de la Universidad Tecnológica de Chalmers (Suecia), que vincula el suministro local de agua con diversos escenarios para las futuras necesidades de hidrógeno en Europa
La sustitución de combustibles fósiles por hidrógeno en los sectores de la automoción pesada y la industria tiene el potencial de reducir considerablemente las emisiones de dióxido de carbono, un gas de efecto invernadero. Esto es especialmente cierto si el hidrógeno es “verde”, es decir, se produce por electrólisis, un proceso mediante el cual el agua se transforma en hidrógeno y oxígeno utilizando electricidad renovable. Un nuevo estudio de Chalmers demuestra que la planificación de la fabricación del hidrógeno y el uso de nuevas soluciones tecnológicas son vitales para evitar que la producción a gran escala de hidrógeno verde provoque escasez de agua local en algunas zonas de Europa.
En el estudio, publicado en Nature Sustainability, los investigadores pudieron explorar diferentes escenarios sobre cómo la producción de hidrógeno de Europa podría afectar los recursos hídricos, los precios de la electricidad y el uso de la tierra en 2050, un año en el que muchos países acordaron reducir sus emisiones de carbono, lo que podría significar el uso generalizado de la tecnología del hidrógeno.
El agua es un recurso que a menudo se da por sentado en la transición energética. Nuestro estudio es único porque hemos conectado la perspectiva local con la europea. Podemos demostrar que, aunque la producción de hidrógeno no requiere mucha agua en total en comparación con, por ejemplo, la agricultura, los efectos locales pueden ser significativos. Esto se debe a que es mejor producir hidrógeno cerca de la industria y con acceso a electricidad renovable, lo que generalmente se refiere a zonas donde los recursos hídricos ya están bajo presión. La conclusión no es que se deba evitar la producción de hidrógeno, sino que debemos comprender las diferentes perspectivas y cooperar a diversos niveles —entre las agencias gubernamentales, la industria y las comunidades locales— para planificar los efectos locales de la transición —afirma Joel Löfving, estudiante de doctorado de la División de Transporte, Energía y Medio Ambiente de Chalmers—.
Sörmland y Roslagen son zonas de alto riesgo
Si el hidrógeno se empieza a utilizar ampliamente en la industria y el transporte, el suministro de agua podría verse gravemente afectado en varias regiones si se opta por producir hidrógeno localmente, lo cual resulta ventajoso por razones económicas. En el caso de Suecia, se prevé que el suministro de agua en las regiones de Sörmland y Roslagen, por ejemplo, se verá sometido a una gran presión incluso sin la producción de hidrógeno en 2050.
En Sörmland ya hay una acería y una refinería. Si cambiaran al hidrógeno y utilizaran fuentes de agua locales para producirlo, esto podría agravar la escasez de agua prevista. También en la región de Roslagen, al noreste de Estocolmo, observamos que podría ser difícil obtener agua local para la producción de hidrógeno verde, y en la región de Bohuslän, en la costa oeste de Suecia, y en partes de Norrland, en el norte, la producción de hidrógeno a gran escala podría aumentar la extracción de agua en más de un 50 %. Si bien el suministro de agua allí se considera bueno, existe el riesgo de que esta producción tenga un impacto significativo en el medio ambiente natural, afirma.
El estudio analizó más de 700 subcuencas hídricas locales en Europa, y se identificaron patrones similares a los observados en Suecia en múltiples lugares. En el sur y centro de Europa, donde las condiciones favorables para la generación de electricidad con energía solar y eólica hacen especialmente atractiva la producción de hidrógeno verde, se estima que el acceso al agua será muy limitado para 2050, dado que los recursos hídricos locales ya están bajo presión y son vulnerables al cambio climático. Por ejemplo, importantes clústeres industriales en España, Alemania, Francia y los Países Bajos podrían enfrentarse a un conflicto con la agricultura, por ejemplo, por los recursos hídricos.
“Existen muchos conflictos potenciales en torno al agua como recurso, pero también muchas soluciones, como la desalinización del agua de mar o la reutilización del agua de las plantas de tratamiento de aguas residuales. También existen sinergias interesantes, ya que el oxígeno residual de la producción de hidrógeno podría utilizarse en los procesos de tratamiento de aguas residuales. El hidrógeno tiene un gran potencial para contribuir a la transición climática, pero necesitamos encontrar formas sostenibles de gestionar los recursos hídricos, tanto para la producción de combustible como para la agricultura”, afirma Joel Löfving.
Los precios de la electricidad tuvieron un impacto menor al esperado
Además del consumo de agua, los investigadores estudiaron cómo una economía basada en el hidrógeno a gran escala podría afectar los precios de la electricidad en Europa. Al integrar el modelo de hidrógeno en el modelo multinodo de Chalmers —desarrollado para optimizar los costes del sistema energético europeo en diferentes escenarios—, pudieron estimar las variaciones en los precios de la electricidad entre distintas regiones.
Los resultados muestran que la demanda de electricidad aumenta significativamente con la cantidad de hidrógeno producido, ya que se requiere mucha electricidad para reemplazar la energía de los combustibles fósiles. A pesar de ello, los resultados muestran que el impacto en los precios promedio de la electricidad en Europa es relativamente pequeño. En regiones con buen acceso a fuentes de energía renovables, como el norte de Europa, el impacto en los precios es menor. En el sur de Europa, donde algunas regiones dependen en mayor proporción de la electricidad procedente del gas o la energía nuclear, por ejemplo, se observaron mayores aumentos de precios.
Los precios de la electricidad son un tema delicado, pero nuestros modelos muestran que una mayor inversión en la producción de electricidad para producir hidrógeno no implica necesariamente un aumento de los precios para los consumidores. Este es un mensaje importante para los responsables políticos: para afrontar la transición energética, se necesitan todas las fuentes de energía libres de fósiles y debemos tener la valentía de invertir en la producción de electricidad nueva y ecológica, afirma Joel Löfving.
Patrones generales y consecuencias locales
La producción de hidrógeno verde a gran escala requeriría una gran expansión de la energía solar y eólica. Sin embargo, según el estudio, esta expansión solo ocuparía un pequeño porcentaje de la tierra actualmente destinada a la agricultura. Y esta superficie es significativamente menor que la necesaria para sustituir la misma cantidad de energía con biocombustibles.
Los investigadores argumentan que, en conjunto, los resultados ofrecen una importante perspectiva holística sobre la transición energética europea. Estudios previos se han centrado a menudo en los efectos locales o en los efectos a nivel de sistema global, pero rara vez han combinado ambos.
“Esta era la conexión que queríamos establecer. Si vamos a construir el sistema energético del futuro, necesitamos comprender tanto los patrones generales como las consecuencias locales. Al considerar los riesgos, podremos gestionarlos y, por lo tanto, generar mayor certidumbre para las inversiones en tecnología verde”, afirma Joel Löfving.
Hidrógeno verde
Se produce por electrólisis al dividir el agua en hidrógeno y oxígeno mediante electricidad. La electricidad utilizada debe provenir de fuentes renovables, como la solar, la eólica o la hidroeléctrica, para que el hidrógeno sea etiquetado como “verde”.
Más sobre la investigación:
El estudio Requerimientos de recursos y consecuencias del uso de hidrógeno a gran escala en Europa se ha publicado en Nature Sustainability. Los autores son Joel Löfving, Selma Brynolf, Maria Grahn, Simon Öberg y Maria Taljegard, todos de la Universidad Tecnológica de Chalmers. La investigación se llevó a cabo en el centro de competencia TechForH2 y la División de Transporte, Energía y Medio Ambiente, en colaboración con la División de Tecnología Energética.
Fotografía: Donau / Joachim Pressl vía Unsplash
