Cadena industrial de la energía del hidrógeno y tendencias de desarrollo futuro en China

En la cadena industrial de la energía del hidrógeno, la industria y el transporte son las principales áreas de aplicación, mientras que la construcción, la generación de energía y otros campos están aún en fase exploratoria. En 2060, el sector industrial y el del transporte representarán el 60% y el 31% del consumo de hidrógeno, mientras que el sector de la generación de energía y el de la construcción representarán el 5% y el 4%, respectivamente.

Previsión global

El Plan a Medio y Largo Plazo para el Desarrollo de la Industria de la Energía del Hidrógeno (2021-2035) señala que "en 2035 se habrá formado un sistema industrial de energía del hidrógeno y se construirá una ecología de aplicaciones de la energía del hidrógeno diversificada que abarcará el transporte, el almacenamiento de energía, la industria y otros campos". La energía del hidrógeno proporcionará una vía importante para la descarbonización de todas las industrias. En la actualidad, el coste de la energía del hidrógeno es elevado y su ámbito de aplicación es reducido.

La energía del hidrógeno se utiliza principalmente en el ámbito industrial y en el del transporte, y aún está en fase de exploración en los campos de la construcción, la generación de electricidad y la calefacción. Según la Alianza China de la Energía del Hidrógeno, el sector industrial y el del transporte representarán 60% y 31% del consumo de hidrógeno respectivamente en 2060, mientras que el sector eléctrico y el de la construcción representarán 5% y 4% respectivamente.

Transporte

El transporte es un campo relativamente maduro de aplicación de la energía del hidrógeno. En términos de solicitudes de patentes, había 15.639 solicitudes de patentes para aplicaciones de la tecnología del hidrógeno en el sector del transporte en 2021, lo que representa 71% de las aplicaciones posteriores de la tecnología del hidrógeno. Las aplicaciones de la energía del hidrógeno en el ámbito del transporte incluyen el automóvil, la aviación y el transporte marítimo, entre los cuales el vehículo de pila de combustible de hidrógeno es el principal escenario de aplicación en el ámbito del transporte.

Situación de la autopista

Estado de desarrollo de los vehículos de pila de combustible: La industria de vehículos de pila de combustible está en pañales. El número de empresas de vehículos de pila de combustible es pequeño, la tecnología, el coste y la escala son los principales umbrales de entrada, la producción de vehículos de pila de combustible y la escala de comercialización es pequeña. En 2020, debido al impacto de la epidemia y otros factores, la producción y las ventas de vehículos de pila de combustible disminuyeron significativamente, y luego se recuperaron de manera constante.

En 2021, la producción y las ventas de vehículos de pila de combustible aumentaron en 35% y 49%, respectivamente, en términos interanuales; desde principios de este año, la producción y las ventas han seguido aumentando, con una producción en el primer semestre de 1.804 unidades, que ya supera a la de todo el año pasado. En comparación con los vehículos eléctricos puros y los vehículos de combustible tradicionales, los vehículos de pila de combustible tienen las ventajas de unas bajas emisiones de gases de efecto invernadero, un corto tiempo de repostaje y una gran autonomía, lo que resulta más adecuado para el transporte de media y larga distancia o de gran tonelaje.

La política actual de la industria de vehículos de pila de combustible también da prioridad a apoyar el desarrollo de vehículos comerciales. En la actualidad, los vehículos nacionales de pila de combustible de hidrógeno son principalmente vehículos comerciales, como autobuses y camiones pesados, mientras que los turismos se utilizan principalmente para el alquiler, y representan menos de 0,1%.

Los vehículos de pila de combustible son actualmente caros de adquirir y aún no se comercializan plenamente. El coste es el principal factor que limita la comercialización de las pilas de combustible. El desarrollo de los vehículos de pila de combustible sigue dependiendo de las subvenciones y el apoyo político de los gobiernos. En 2020 se promoverá un gran número de autobuses de hidrógeno. Aunque existen diferencias en las especificaciones de los modelos, los proveedores de sistemas y el tamaño de la potencia, el precio medio de la mayoría de los autobuses solicitados es de 2-3 millones de RMB/autobús, que es relativamente alto.

Además, los vehículos de pila de combustible tienen elevados requisitos de rendimiento a baja temperatura, alto coste del sistema de potencia, unido a la escasez de infraestructuras y otras limitaciones, por lo que hasta ahora no se han promocionado ampliamente y es necesario seguir mejorándolos en el futuro.

Perspectivas de desarrollo de los vehículos de pila de combustible：Impulsados por la consecución del objetivo de "doble carbono", se espera que los vehículos de pila de combustible con cero emisiones de carbono mantengan un alto crecimiento. El Plan a medio y largo plazo para el desarrollo de la industria de la energía del hidrógeno (2021-2035) afirma que en 2025 habrá unos 50.000 vehículos de pila de combustible de hidrógeno. Según este cálculo, la tasa media de crecimiento anual del parque superará los 50% en 2022-2025.

El coste de los vehículos de pila de combustible tiene un gran margen de caída en el futuro. Los vehículos de pila de combustible constan principalmente de un sistema de pila de combustible, un sistema de almacenamiento de hidrógeno a bordo, un sistema de control del vehículo, etcétera. De todos ellos, los sistemas de pilas de combustible ocupan un lugar central, y se espera que los costes disminuyan a medida que la tecnología avance y se amplíe. Según el informe, con el desarrollo de la producción y la tecnología a gran escala, el coste de los vehículos de pasajeros con pila de combustible será igual al de otros vehículos de pasajeros, como los vehículos eléctricos puros y los vehículos de combustible, en 2030.

El coste del sistema de pila de combustible se reducirá de 30.200 USD por vehículo en 2015 a 4.300 USD por vehículo en 2030. Se espera que el coste unitario descienda 86%, de $38 por KWH en 2015 a $54 por KWH en 2030, lo que constituye la principal fuerza impulsora de la reducción de costes de los vehículos de pila de combustible.

Los vehículos de pila de combustible son adecuados para el transporte pesado y de larga distancia, y son más competitivos en el mercado con requisitos de alto kilometraje y gran capacidad de carga. La futura dirección de desarrollo son los camiones pesados, los turismos de transporte de larga distancia, etc. Según el análisis de la Asociación Internacional de la Energía del Hidrógeno, los vehículos de pila de combustible tienen una ventaja de costes en el mercado del transporte con una autonomía superior a 650 kilómetros.

Como los turismos y los autobuses urbanos suelen tener una autonomía menor, los vehículos eléctricos puros tienen ventaja. El futuro de los vehículos de pila de combustible es muy prometedor. En comparación con los modelos eléctricos puros, los vehículos de pila de combustible superan los problemas del largo tiempo de reposición de energía y la escasa adaptabilidad a entornos de baja temperatura, mejoran la eficiencia de funcionamiento y complementan los escenarios de aplicación de los modelos eléctricos puros. El Instituto de Investigación de la Alianza de la Energía del Hidrógeno de China prevé que la producción china de vehículos de pila de combustible alcance las 620.000 unidades anuales en 2030.

Situación ferroviaria

Las energías limpias se han convertido en una parte importante del futuro sistema energético de muchos países. Como energía limpia, la energía del hidrógeno ha atraído una gran atención en el ámbito ferroviario. La aplicación de la energía del hidrógeno en el ámbito del transporte ferroviario se combina principalmente con pilas de combustible para formar un sistema de alimentación que sustituya al tradicional motor de combustión interna. Actualmente se están desarrollando y probando trenes propulsados por hidrógeno, con países como Alemania, EE.UU., Japón y China a la cabeza.

Alemania pondrá en marcha en 2022 la primera línea ferroviaria ecológica del mundo compuesta por trenes de pasajeros impulsados por hidrógeno, con una autonomía de 1.000 kilómetros y una velocidad máxima de 140 kilómetros por hora. En 2021, China lanzó la primera locomotora híbrida de pila de combustible de hidrógeno, que puede funcionar de forma continua durante 24,5 horas con la carga completa de hidrógeno y puede transportar una carga máxima tractable de más de 5.000 toneladas en una vía recta.

En 2022 se construirá la primera estación de demostración de investigación científica de hidrogenación de trenes pesados de China, que suministrará energía de hidrógeno a las locomotoras ferroviarias. Las ventajas de los trenes impulsados por hidrógeno son que no requieren alteraciones en las vías férreas existentes, se bombean para llenar los trenes de hidrógeno y tienen un bajo nivel de ruido y cero emisiones de carbono.

Sin embargo, el desarrollo de trenes propulsados por hidrógeno presenta dificultades en esta fase. Por un lado, el coste de la pila de combustible de hidrógeno es superior al del motor de combustión interna tradicional, y el coste del sistema de energía de hidrógeno (incluido el sistema de almacenamiento de hidrógeno y disipación de calor, etc.) aumentará aún más. El coste de los vehículos equipados con un sistema de energía de hidrógeno es más elevado.

Por otra parte, debido a la inmadurez de la tecnología, la baja demanda y otros factores, la construcción de infraestructuras de energía de hidrógeno, como las estaciones de repostaje de hidrógeno, todavía no es perfecta. A medida que los principales países del mundo prestan atención al desarrollo de energías limpias representadas por la energía del hidrógeno, el tren impulsado por hidrógeno como una forma eficaz de reducir el carbono, el desarrollo futuro de un amplio espacio. Entre los países europeos, Francia se ha comprometido a sustituir su red ferroviaria nacional propulsada por combustibles fósiles (diésel) por otra propulsada por energías limpias, incluido el hidrógeno, para 2035, Alemania para 2038 y el Reino Unido para 2040.

Situación de la aviación

La industria de la aviación también se enfrenta a nuevos retos provocados por la transformación del sistema energético, ya que se está acelerando la evolución de la energía hacia una baja emisión de carbono y sin carbono.

La energía del hidrógeno ofrece la posibilidad de una aviación con bajas emisiones de carbono, reduciendo la dependencia de la industria del crudo y las emisiones de gases nocivos y de efecto invernadero. En comparación con la energía fósil, las pilas de combustible pueden reducir las emisiones de carbono en 75%-90%, la combustión directa de hidrógeno en motores de turbina de gas puede reducir las emisiones de carbono en 50%-75%, y los combustibles sintéticos pueden reducir las emisiones de carbono en 30%-60%.

Los aviones propulsados por hidrógeno pueden ser una solución para reducir las emisiones de carbono en los vuelos de corta y media distancia, pero para los de larga distancia sigue siendo necesario el combustible de aviación. Se espera que el hidrógeno cubra aproximadamente el 5% de las necesidades energéticas del sector de la aviación en 2060. La energía del hidrógeno ofrece un posible plan de reducción de las emisiones de carbono para la industria de la aviación. Estados Unidos, el Reino Unido, la Unión Europea y otros países y regiones desarrollados han publicado planes estratégicos de alto nivel relacionados con el desarrollo de la aviación del hidrógeno.

Como se desprende de los planes publicados por los países desarrollados, el desarrollo de la aviación de hidrógeno es un proceso largo. De aquí a 2030, nos centraremos en desarrollar tecnologías básicas y realizar pruebas de aviación. Para 2050, se habrá completado la construcción de aviones de verificación de largo alcance para pasajeros y de infraestructuras de repostaje de hidrógeno a gran escala, y se habrá realizado la aplicación a gran escala en el campo de la aviación.

Situación del transporte

Con el rápido desarrollo de la industria naviera, los problemas medioambientales causados por los buques de propulsión diésel son cada vez más evidentes. En 2020, la industria naviera china representaba el 12,6% de las emisiones del sector del transporte. Se espera que la energía del hidrógeno, como energía limpia, desempeñe un papel positivo en la reducción de las emisiones de carbono en el sector del transporte marítimo. Según el informe, la reducción de las emisiones de carbono de la industria naviera depende principalmente del desarrollo y la comercialización de nuevas tecnologías y combustibles bajos en carbono, como el hidrógeno y el amoníaco.

En el escenario objetivo de compromiso, el modelo de aplicación del hidrógeno basado en pilas de combustible en 2060 cubrirá aproximadamente 10% de la demanda energética del sector del transporte acuático. El hidrógeno y el combustible a base de hidrógeno es una de las opciones de reducción de carbono en el sector del transporte marítimo. La electrificación del transporte marítimo fluvial y costero puede lograrse mediante la tecnología de pilas de combustible de hidrógeno, y la descarbonización del transporte marítimo puede lograrse mediante biocombustibles o nuevos combustibles como la síntesis de amoníaco sin hidrocarburos.

Algunas empresas e instituciones chinas han iniciado el desarrollo de barcos propulsados por hidrógeno basándose en los avances tecnológicos nacionales en materia de energía del hidrógeno y pilas de combustible. En la actualidad, los barcos propulsados por hidrógeno suelen utilizarse en lagos, ríos interiores, alta mar y otros escenarios, como potencia principal de barcos pequeños o potencia auxiliar de barcos grandes.

El desarrollo de grandes buques propulsados por hidrógeno, como los buques de ingeniería en alta mar, los buques RO-RO en alta mar y los superyates, es la tendencia de desarrollo futura. En general, los buques impulsados por hidrógeno se encuentran en una fase temprana de exploración, y la tecnología de pilas de combustible de alta potencia aún no está madura. Sin embargo, con la aparición de las ventajas del almacenamiento de hidrógeno, la penetración en el mercado de los buques de pila de combustible aumentará gradualmente.

Se espera que para 2030 China construya un sistema de diseño, fabricación, puesta en marcha, pruebas, verificación funcional y evaluación del rendimiento de los barcos impulsados por hidrógeno, establezca infraestructuras de apoyo a la "producción, almacenamiento y transporte" de hidrógeno, amplíe la escala de aplicación de demostración de los barcos impulsados por hidrógeno en ríos y lagos interiores, y mejore las infraestructuras relacionadas con el transporte fluvial.

Alcanzar el objetivo de neutralidad de carbono en el sector de equipos de transporte fluvial de China para 2060, llevar a cabo demostraciones de aplicación de buques impulsados por hidrógeno en rutas internacionales y mejorar la competitividad internacional de la industria china de buques impulsados por hidrógeno.

Sector industrial

La industria es un sector de difícil aplicación para la descarbonización. La energía fósil no es sólo un combustible industrial, sino también una importante materia prima industrial. Los combustibles industriales pueden descarbonizarse parcialmente mediante la electrificación, pero el espacio para la electrificación directa de las materias primas industriales es limitado. Impulsada por la metalurgia del hidrógeno, los combustibles sintéticos y los combustibles industriales, la demanda de hidrógeno en el sector industrial alcanzará los 77,94 millones de toneladas en 2060, casi el doble que en el sector del transporte.

Industria siderúrgica

Las emisiones de dióxido de carbono de la fundición de acero son grandes. En 2020, las emisiones totales de carbono de la industria siderúrgica de China fueron de unos 1.800 millones de toneladas, lo que representa alrededor de 15% de las emisiones totales de carbono de China. Con el objetivo del "doble carbono", la industria siderúrgica se enfrenta a una enorme presión de reducción de las emisiones de carbono. De acuerdo con la hoja de ruta "pico de carbono-carbono neutro" publicada por varias grandes empresas siderúrgicas, combinada con el objetivo de reducción de carbono de la Asociación de la Industria Siderúrgica de China, suponiendo que para 2030 la industria siderúrgica de China reduzca el carbono en 30%, durante este periodo, la industria siderúrgica necesita reducir las emisiones en 540 millones de toneladas.

China representa más de la mitad de la producción mundial de acero, y lograr la reducción de carbono en la industria siderúrgica es de gran importancia para el objetivo chino de "doble carbono". El hidrógeno en la industria siderúrgica puede utilizarse en la metalurgia del hidrógeno, el combustible y otros aspectos, siendo la metalurgia del hidrógeno la de mayor escala. La metalurgia del hidrógeno utiliza hidrógeno en lugar de reducción de carbono en el proceso metalúrgico, a fin de lograr la reducción de carbono en la fuente, y la tradicional fundición de hierro en altos hornos se basa en la fundición de carbón, las emisiones de carbono representan alrededor de 70% de las emisiones totales.

La metalurgia del hidrógeno es una tecnología revolucionaria para que la industria siderúrgica alcance el objetivo de "doble carbono". En 2021, se publicó el XIV Plan Quinquenal de Desarrollo Industrial Verde, en el que se hacía hincapié en la necesidad de promover enérgicamente la construcción de infraestructuras de energía de hidrógeno y fomentar el desarrollo de la tecnología de fabricación de hierro sin altos hornos y con bajas emisiones de carbono en la industria siderúrgica. En la actualidad, el hidrógeno de la tecnología hidrometalúrgica procede principalmente del carbón, y la capacidad global de reducción de carbono es limitada.

La tecnología de la metalurgia del hidrógeno se divide en dos categorías: la metalurgia del hidrógeno en altos hornos y la metalurgia del hidrógeno sin altos hornos. La metalurgia del hidrógeno de alto horno se refiere a la realización de la "metalurgia parcial del hidrógeno" mediante la inyección de hidrógeno o gas rico en hidrógeno en el alto horno en lugar de la reacción parcial de reducción del carbono. La tecnología de la metalurgia del hidrógeno sin altos hornos está dominada por el método del horno de cuba basado en gas. La tecnología china de la metalurgia del hidrógeno en horno de cuba se encuentra en su fase inicial, y está limitada por la producción, el almacenamiento y el transporte del hidrógeno, la alta calidad del concentrado y otras condiciones.

Aún queda una cierta distancia para la aplicación a gran escala y la reducción profunda del carbono en todo el ciclo de vida. A escala mundial, la tecnología de industrialización de la metalurgia del hidrógeno aún no está madura, y los países líderes de la tecnología de la metalurgia del hidrógeno, como Alemania y Japón, también se encuentran en fase de investigación, desarrollo y pruebas. Según las estadísticas de la Agencia Mundial de la Energía, la vida útil del alto horno tradicional es de 30-40 años, y la edad media del alto horno siderúrgico mundial es sólo de unos 13 años.

En el futuro, durante mucho tiempo, el mundo seguirá tomando el proceso tradicional de fabricación de hierro en altos hornos como la corriente principal, y la tecnología de la metalurgia de altos hornos con bajas emisiones de carbono será una importante dirección de investigación y desarrollo en el período de transición. El desarrollo de la metalurgia del hidrógeno puede lograrse por etapas: para 2025, la viabilidad de la fundición industrial de hidrógeno a gran escala podrá verificarse mediante una planta piloto;

Para 2030, se realizará la producción industrial de hidrógeno a partir de gas de coquería, productos químicos y otros subproductos. Para 2050, se llevará a cabo la fundición de acero con energía de hidrógeno de alta pureza, en la que la energía de hidrógeno es principalmente energía hidroeléctrica, energía eólica y electrólisis del agua de energía nuclear.

Industria química

El hidrógeno es una materia prima importante en la síntesis de amoníaco, la síntesis de metanol, el refinado de petróleo y la industria química del carbón, y una pequeña parte del gas subproducido se utiliza como combustible industrial de apoyo a la combustión. Los datos de la Alianza de la Energía del Hidrógeno de China muestran que, en 2020, el hidrógeno utilizado en la síntesis de amoníaco, el metanol, la fundición y la industria química representó 32%, 27% y 25%, respectivamente. En la actualidad, la producción industrial de hidrógeno depende principalmente de la energía fósil, y existe un gran potencial en el futuro a través de la sustitución del hidrógeno limpio con bajas emisiones de carbono.

El amoníaco es un compuesto de nitrógeno e hidrógeno, ampliamente utilizado en fertilizantes nitrogenados, refrigerantes y materias primas químicas. La demanda de amoníaco sintético procede principalmente de los fertilizantes agrícolas y la industria, de los cuales los fertilizantes agrícolas representan unas 70%. La Agencia Internacional de la Energía prevé que en 2050 se utilizarán más de 30% de hidrógeno para fabricar amoníaco y combustible.

En la actualidad, el hidrógeno necesario para la producción de amoníaco (también conocido como hidrógeno gris a partir de combustibles fósiles) se obtiene principalmente mediante el reformado de metano con vapor (SMR) o la gasificación del carbón, y cada tonelada de amoníaco producido emite unas 2,5 toneladas de dióxido de carbono. La síntesis de hidrógeno verde de amoníaco puede reducir las emisiones de dióxido de carbono. Los principales equipos para la síntesis ecológica de hidrógeno y amoníaco incluyen equipos de generación de energía renovable, equipos de producción de hidrógeno por electrólisis del agua, dispositivos de separación de aire y dispositivos de síntesis de amoníaco, y los equipos técnicos relacionados tienen un alto grado de localización.

Entre ellas, la tecnología básica de electrólisis del agua y la tecnología de electrólisis del agua con membrana de intercambio de protones pueden lograr la producción de hidrógeno por electrólisis del agua a gran escala, y la tecnología básica de células electrolíticas de China se encuentra en el nivel de liderazgo de la industria. Además, la tecnología china de electrólisis del agua con membrana de intercambio protónico se encuentra en su fase inicial, y su coste es elevado, por lo que el futuro depende principalmente del proceso de desarrollo de la tecnología de pilas de combustible.

El suministro de hidrógeno a gran escala, de bajo coste, continuo y estable es la premisa de la aplicación del hidrógeno verde en la industria química. Aunque la aplicación del hidrógeno verde en la industria química se enfrenta a retos económicos a corto plazo, a medida que el precio de la generación de energía renovable sigue bajando, para 2030 se espera que la paridad del hidrógeno verde sea una realidad en algunas partes de China. El hidrógeno verde entrará en el campo industrial y se convertirá gradualmente en una materia prima convencional para la producción química.

Generación de energía

El hidrógeno puro y una mezcla de hidrógeno y gas natural pueden utilizarse para alimentar turbinas de gas y descarbonizar así el sector de la generación de electricidad. La energía del hidrógeno puede generarse de dos maneras. Una es utilizar la energía del hidrógeno en una turbina de gas, a través del proceso de inspiración, compresión, combustión, escape, accionar el motor para producir corriente de salida, es decir, "generador de hidrógeno".

El generador de energía de hidrógeno puede integrarse en la línea de transmisión de energía de la red y cooperar con el dispositivo de producción de hidrógeno para producir hidrógeno por electrólisis del agua durante el bajo consumo de energía, y luego generar electricidad a través de la energía del hidrógeno durante el pico de consumo de energía, a fin de realizar la aplicación racional de la energía eléctrica y reducir el desperdicio de recursos. La otra utiliza la reacción inversa de la electrólisis del agua, en la que el hidrógeno reacciona electroquímicamente con el oxígeno (o el aire) para producir agua y liberar electricidad, lo que se conoce como "tecnología de pilas de combustible".

Las pilas de combustible pueden utilizarse en centrales eléctricas fijas o móviles, centrales eléctricas de pico de reserva, suministro de energía de reserva, sistema de suministro combinado de calor y electricidad y otros equipos de generación de energía. Estos dos tipos de generación de energía con hidrógeno tienen el problema de su elevado coste. En la actualidad, la generación de energía mediante pilas de combustible cuesta alrededor de 2,50-3,00 RMB/grado, mientras que otros costes de generación de energía son básicamente inferiores a 1 RMB/grado.

Por ejemplo, el coste actual de generación de energía térmica es de unos 0,25-0,40 RMB/grado, el de generación de energía eólica es de unos 0,25-0,45 RMB/grado, el de generación de energía solar es de unos 0,30-0,40 RMB/grado y el de generación de energía nuclear es de unos 0,35-0,45 RMB/grado. Comparando el coste de generación de electricidad, se puede comprobar que el coste de generación de electricidad de las pilas de combustible es superior al de otros tipos de modo de generación de electricidad.

Dado que los equipos básicos, como la membrana de intercambio de protones y la célula electrolítica, dependen principalmente de las importaciones, el coste es relativamente alto, y el platino, la materia prima superpuesta, es caro, lo que provoca el elevado coste de la generación de energía de hidrógeno. Con el énfasis en la energía limpia, la proporción de electricidad generada por fuentes renovables, como la eólica y la solar, ha aumentado gradualmente. En 2020, la capacidad total instalada de energía eólica y solar en China alcanzó los 530 millones de kW, lo que representa 11% del consumo social total de electricidad.

En 2030, la capacidad total instalada de energía eólica y solar superará los 1.200 millones de kW. Según la investigación, la energía eólica y solar representarán casi 70% de generación eléctrica en el escenario de emisiones cero de carbono para 2050. La generación de energía renovable desempeña un papel cada vez más importante en el sistema eléctrico. Sin embargo, la intermitencia y aleatoriedad de la generación de energía eólica y solar afectan a la continuidad y estabilidad del suministro eléctrico conectado a la red, por lo que el almacenamiento de energía, como tema relativamente independiente, desempeñará un papel importante.

En la actualidad, existen principalmente acumuladores de bombeo, baterías electrónicas de litio, baterías de plomo y almacenamiento de energía de aire comprimidoentre las que la acumulación por bombeo representa más de 86%. En comparación con otros métodos de almacenamiento de energía, almacenamiento de energía de hidrógeno tiene las ventajas de un largo tiempo de descarga, un alto rendimiento económico para el almacenamiento de hidrógeno a gran escala, un almacenamiento y transporte flexibles, y no daña el entorno ecológico.

Además, el almacenamiento de energía de hidrógeno tiene diversos escenarios de aplicación. En el ámbito del suministro eléctrico, el almacenamiento de energía de hidrógeno puede reducir el abandono de potencia y suavizar las fluctuaciones. En la medición de la red eléctrica, el almacenamiento de energía de hidrógeno puede utilizarse para cargar la capacidad máxima de funcionamiento de la red eléctrica y aliviar la obstrucción de la línea de transmisión. En la actualidad, la aplicación del almacenamiento de energía de hidrógeno sigue enfrentándose a muchos retos debido a limitaciones técnicas y económicas.

Por un lado, los sistemas de almacenamiento de energía de hidrógeno son relativamente ineficientes. Hay dos conversiones de energía en el proceso "eléctrico-hidrógeno-eléctrico" del almacenamiento de energía de hidrógeno, y la eficiencia global es de unos 40%, inferior a la eficiencia de conversión de energía de unos 70% del almacenamiento de energía por bombeo y del almacenamiento de energía con baterías de litio.

Por otro lado, los sistemas de almacenamiento de energía de hidrógeno son relativamente caros. El coste actual del almacenamiento de energía por bombeo y aire comprimido es de unos 7.000 RMB/kW, el del almacenamiento de energía electroquímica es de unos 2.000 RMB/kW, y el del sistema de almacenamiento de energía de hidrógeno es de unos 13.000 RMB/kW, muy superior al de otros métodos de almacenamiento de energía. El almacenamiento de energía de hidrógeno todavía está en pañales, con unos 1,5 MW instalados en 2021 y menos de 0,1% de penetración de almacenamiento de energía de hidrógeno.

El almacenamiento de energía de hidrógeno desempeñará un papel importante en la promoción de la neutralización de las emisiones de carbono en el sector energético. La Guía para Acelerar el Desarrollo del Almacenamiento de Nuevas Energías publicada por el gobierno chino en 2021 propone que el almacenamiento de nuevas energías pase de la comercialización al desarrollo a gran escala en 2025. Para 2030, el desarrollo del mercado de almacenamiento de nueva energía será una realidad. Como nuevo tipo de almacenamiento de energía, el almacenamiento de energía de hidrógeno tiene un amplio espacio de desarrollo en el futuro.

Sector de la construcción

La demanda energética del sector de la construcción se destina principalmente al consumo de energía para calefacción (calefacción de espacios), calefacción (agua caliente sanitaria), etc. Actualmente, la calefacción por hidrógeno no es superior a otras tecnologías competidoras, como la calefacción por gas natural (el combustible de calefacción más común), en términos de eficiencia, coste, seguridad y disponibilidad de infraestructuras.

Dado que el uso de hidrógeno puro requiere nuevas calderas de hidrógeno o un amplio reequipamiento de las tuberías existentes, el coste de utilizar hidrógeno puro en los edificios es relativamente alto. En Europa, por ejemplo, el uso de la energía del hidrógeno empezó antes que en otros lugares, pero el coste de la calefacción de hidrógeno sigue siendo más del doble que el del gas natural. Incluso en 2050, cuando las bombas de calor se conviertan en la opción más económica, la calefacción de hidrógeno podría seguir costando un 50% más que la de gas natural.

El hidrógeno puede transportarse en estado puro o mezclado con gas natural, lo que requiere más tuberías. El hidrógeno también puede suponer un riesgo para la seguridad de las tuberías de acero de gas natural, que deberán sustituirse por tuberías de polietileno. Estas inversiones pueden tener sentido desde el punto de vista económico para los grandes edificios comerciales o las redes de calefacción urbana, pero pueden resultar demasiado costosas para las viviendas más pequeñas.

En consecuencia, el uso inicial del hidrógeno en los edificios se hará principalmente en formas híbridas. El hidrógeno puede mezclarse con el gas natural en una proporción de hasta el 20% en volumen sin necesidad de adaptar los equipos o las tuberías existentes. Mezclar hidrógeno en las tuberías de gas puede reducir costes y equilibrar la demanda energética estacional en comparación con el uso de hidrógeno puro.

A medida que descienda el coste del hidrógeno, se prevé que las regiones con infraestructuras de gas natural y acceso a hidrógeno de bajo coste, como Norteamérica, Europa y China, utilicen gradualmente el hidrógeno para calefacción y calefacción de edificios. DNV, una sociedad naviera noruega, prevé que el uso de hidrógeno puro en edificios podría superar al de hidrógeno mezclado a finales de la década de 2030; en 2050, el hidrógeno representará alrededor de 3-4% de la demanda total de energía para calefacción y calefacción de edificios.