Hidrógeno verde y la transformación de los puertos marítimos del mundo

abril 1, 2024 - Por Inbound Logistics Latam
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Hidrógeno verde y la transformación de los puertos marítimos del mundo

Ya se han desarrollado y están funcionando en todo el mundo varios buques de H2, pero su uso generalizado todavía está limitado por diferentes aspectos

Por:  Ing. Alexander Eslava Sarmiento
Consultor Portuario – Especialista en Logística Internacional
laeslavas@unal.edu.co 

Históricamente, los puertos marítimos han servido como medio para facilitar el comercio y el suministro de materiales y energía. En el futuro se prevé que también asuman una nueva función como centros de energía renovable. En este sentido, y con el propósito de descarbonización de la economía global, los puertos marítimos contribuirán significativamente a la transición hacia economías más verdes. El Hidrógeno (H2) verde puede ser la piedra angular para conectar diferentes sectores industriales y económicos como el marítimo, el del petróleo y el gas, el turismo de cruceros, la distribución y transformación a granel, las centrales térmicas, los operadores de redes eléctricas y la energía eólica marina, que normalmente se alojan en zonas portuarias.

La transición energética de los combustibles fósiles (carbón, petróleo y gas natural) a las energías renovables es una acción clave para descarbonizar la economía global. Esto, con el propósito de evitar los impactos negativos e irreversibles del Cambio Climático Global (CCG). Sin embargo, en la próxima década, la mayor parte de la energía necesaria seguirá procediendo de fuentes fósiles. Afortunadamente, la mayor tasa de crecimiento se observará en las fuentes de energía renovables. De acuerdo al informe World Energy Outlook 2022 de la Agencia Internacional de Energía, la demanda de carbón alcanzará un pico en los próximos años, el gas natural se estabilizará a fines de la década de 2020 y la demanda de petróleo alcanzará un pico a mediados de la década de 2030 antes de comenzar a disminuir. Se espera que la proporción de combustibles fósiles en el suministro total de energía disminuya de poco menos del 80% en 2020 a poco más del 60% en 2040; alrededor del 60% de toda la nueva capacidad de generación de energía hasta 2040 deberá considerar las energías renovables.

En este escenario, el interés por el H2 verde como posible combustible marino alternativo está creciendo: gracias a sus características favorables para aplicaciones marinas a bordo, garantiza una navegación con cero emisiones locales, alta densidad energética, no ser ni tóxico, ni corrosivo, y al ser potencialmente neutral en carbono sin plantas adicionales de captura y almacenamiento de carbono (como se necesita para el metanol); los puertos podrían desempeñar un papel central a la hora de establecer y sostener la demanda de H2 verde para el sector marítimo, no sólo habilitando una infraestructura de abastecimiento de combustible adecuada, sino albergando sitios de producción en zonas portuarias. Ya se han desarrollado y están funcionando en todo el mundo varios buques de H2, pero su uso generalizado todavía está limitado por diferentes aspectos. 

Recientemente, el H2 ha atraído la atención en el debate sobre la transición energética y la descarbonización de la economía global. Se espera que el H2 cubra hasta el 12% de la demanda energética mundial para 2050. La transición al H2 verde no es simplemente un reemplazo de combustible, sino un cambio hacia un nuevo sistema con perturbaciones políticas, técnicas, ambientales y económicas. El 96% de la producción de H2 se realiza mediante gas natural (H2 gris). El H2 azul (producido a partir de gas natural), se vuelve neutro en carbono mediante la captura y almacenamiento de las emisiones de CO2. El H2 verde (se obtiene mediante electrólisis, para dividir el agua en H2 y oxígeno), no tiene impactos de carbono, ya que la energía utilizada para la electrólisis proviene de fuentes renovables (eólica, agua, solar); la producción de H2 verde cuesta entre dos y tres veces más que el H2 gris o azul. 

Por tanto, el uso de H2 verde como materia prima y combustible puede reducir las emisiones en la industria y hacer una contribución importante a los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) para 2030 y 2050. Cuando se produce en momentos y lugares donde los recursos de energía solar y eólica están disponibles en abundancia, el H2 renovable puede respaldar al sector eléctrico, proporcionando almacenamiento a largo plazo y a gran escala, además de mejorar la flexibilidad de los sistemas energéticos al equilibrar la oferta y la demanda. 

El interés actual en el H2 verde está impulsado por un mayor enfoque en las emisiones netas cero, combinado con una importante caída de los costos de la electricidad renovable y un reciente aumento del costo de los combustibles fósiles debido a las tensiones geopolíticas y la guerra en Ucrania; así, se espera que la demanda de H2 verde despegue a mediados de la década de 2030. Para entonces, el H2 verde debería haber llegado a competir en costos con el H2 de combustible fósil a nivel global. En consecuencia, para la Unión Europea el H2 es prioridad en la transición energética. En julio de 2020, la Comisión Europea lanzó la estrategia para la integración de sistemas energéticos y la estrategia (por separado) para el H2; explora el potencial del H2 renovable para ayudar a descarbonizar la UE. Ese mismo mes, se creó la Alianza Europea por un H2 Limpio, con el objeto de apoyar el despliegue a gran escala de tecnologías de H2 limpio para 2030, reuniendo la producción de H2 renovable, la demanda de la industria, el transporte; fijando objetivos para el uso de energías renovables en combustibles para el transporte, requiriendo básicamente inversiones en combustibles verdes basados ​​en H2

De hecho, un buen número de puertos marítimos a nivel global desempeñan papel esencial como centros de importación o exportación de energía, operando grandes flujos de combustibles fósiles como carbón, petróleo crudo y gas natural. El gas llega, ya sea a través de buques (transportadores de GNL), utilizando terminales especializadas en aguas profundas, o a través de gasoductos, que terminan en la zona portuaria. Los puertos marítimos suelen albergar grandes plantas de energía. La disponibilidad de terrenos y agua de refrigeración, y la presencia de grandes clientes industriales, son algunas de las razones para que las empresas productoras de energía establezcan negocios en zonas portuarias. Si bien muchos parques eólicos se instalan en alta mar o en zonas abiertas en el interior del continente, varios puertos marítimos albergan parques eólicos, instalados en rompeolas o en estrechas extensiones de tierra cerca del mar. La presencia de centrales eléctricas e infraestructura de distribución de energía genera empleos directos y valor agregado, no sólo para las propias centrales eléctricas, sino también para las plataformas de distribución de energía y para las operaciones de las terminales (manejo de carbón, gas, otros). La planta también es una importante creadora de empleos y valor agregado en otras industrias y servicios, como empresas de ingeniería, empresas de construcción, empresas de mantenimiento y reparación, empresas de estudios e inspección y servicios de seguridad.

La transición energética desafía a los puertos centrales energéticos existentes, preparándose para una futura disminución de las actividades relacionadas con los combustibles fósiles y para adoptar la producción, operación y almacenamiento de energías renovables, entre ellas el H2 verde. Potencialmente, esto puede tener implicaciones de gran alcance para los puertos. Se espera que el H2 verde asuma un papel destacado en el nuevo panorama energético emergente en los puertos. De hecho, los puertos pueden desempeñar un papel crucial en la producción y distribución de H2 verde. Son nodos importantes, dada la demanda local actual y futura de H2, los parques marinos emergentes y como cruces de nodos de transporte, algunos de los cuales podrían pasar al H2 o combustibles relacionados (buques, barcazas, camiones). Además, la infraestructura y las capacidades de manipulación de los puertos marítimos los convierten en ubicaciones privilegiadas para el almacenamiento y distribución de H2. Los puertos marítimos pueden servir como centros para la exportación de H2 verde a otros países, ayudando a impulsar la transición global hacia la energía limpia. Los puertos marítimos que buscan una posición sólida en el H2 verde (centros de energía y materias primas y productores; ofrecer energía verde asequible a todos los actores de las zonas portuarias, en todo momento, para mantener la gran industria en la región) tienen el desafío de estar activos en todas las partes de la cadena de valor del H2

Varios países dependen en gran medida del envío de combustibles fósiles importados, especialmente ante la falta de oleoductos o conexiones ferroviarias con los países exportadores. Hoy día, el 31% del comercio marítimo en peso se compone de combustibles fósiles, y el petróleo y el carbón transportados por buque representan respectivamente el 16% y el 11% del comercio marítimo mundial. En el mercado de la energía, los sitios de producción generalmente están ubicados cerca de los sitios de extracción y procesamiento, mientras que el consumo generalmente se distribuye en diferentes lugares. Así, el transporte marítimo y los puertos globales se vuelven fundamentales, actuando como centros energéticos para recibir, producir y/o suministrar energía tanto a los distritos urbanos como a los industriales. Además, las industrias asentadas en los puertos marítimos pueden beneficiarse directamente de un acceso inmediato a las materias primas, gracias a los costos de transporte reducidos y al acceso más fácil a múltiples proveedores.

Por tanto, una ubicación favorable, una red de oleoductos bien desarrollada, una sólida conectividad marítima a nivel mundial, infraestructura logística y terminales de última generación, ecosistemas industriales eficientes, que funcionen bien y una sólida base de clientes son factores importantes que permiten a un puerto marítimo desempeñar un papel importante y pionero en una economía emergente del H2 verde, posicionándose como un centro de importación, tránsito y producción de H2 verde. Tanto la producción local como las importaciones juegan un papel crucial en esto. Se espera que los primeros proyectos relacionados con las importaciones de energías renovables tomen forma entre 2025 y finales de esta década. Se llevan a cabo amplios estudios de viabilidad para analizar las regiones ideales de abastecimiento, preparar los puertos marítimos para recibir los transportadores de H2 verde del futuro y establecer proyectos piloto específicos en el contexto de una economía sostenible. 

En la actualidad, la industria portuaria está participado en iniciativas más pequeñas sobre la producción y el uso de H2; varias empresas de logística planean producir H2 verde en sus instalaciones en zonas portuarias utilizando la electricidad proporcionada por los paneles solares de los almacenes, o utilizar equipos terminales o de transporte interno de la empresa impulsados ​​por H2, conectados a estaciones móviles de servicio de H2. En general, el enfoque en el H2 verde conecta a diferentes partes y estimula la colaboración entre cadenas de valor en los puertos marítimos y sus alrededores. De hecho, la Asociación Internacional de Puertos se unió a la Coalición Mundial por el H2 en Puertos en 2021. La coalición es parte de la “Iniciativa H2”, dedicada a apoyar la ampliación del H2 limpio en la economía global. El programa está gestionado por la Agencia Internacional de Energía.

Investigar la viabilidad técnica y económica de las posibles cadenas de valor del H2 verde es crucial para el desarrollo sostenible de la producción y el consumo de energía basados ​​en el H2. La búsqueda de la forma más barata de producir y transportar H2 implica preguntas clave como: “¿desde qué distancia es más rentable transportarlo en buques?”, “¿cuándo se podrían utilizar tuberías?” y ‘¿de qué forma se va a transportar el H2?” (gaseoso, líquido, unido a metales (hidruros metálicos) o carbono) y “¿cuándo se evitará la conversión nuevamente?” (ingresar inmediatamente a la industria en forma gaseosa). En la actualidad, todavía hay bastante incertidumbre sobre cuál será el transportador de H2 preferido, en cuanto a las reglas y regulaciones, los estándares de seguridad y la certificación, y el impacto que tendrán en las cadenas de suministro de H2 (seguridad relacionada con el transporte de amoníaco cerca de áreas urbanas). Lo anterior, requiere de la alineación de esfuerzos respecto a estándares y certificación, a través de criterios de sostenibilidad comunes para el H2 comercializado, así como la alineación de metodologías para la certificación del H2 y esfuerzos para establecer estándares técnicos armonizados.

El H2 verde, al igual que el gas natural, requiere conversión para su almacenamiento y transporte debido a su baja densidad (0,084 kg/m3). La conversión se puede lograr de tres maneras: compresión, licuefacción y composición química. El H2 líquido (HL2) tiene una densidad de 70,8 kg/m3, y su volumen es 1/800 del H2 gaseoso, lo que aumenta la eficiencia de almacenamiento y transporte. Las formas de composición química prometedoras de H2 podrían ser CH2, HL2, amoníaco, metanol y los portadores de H2 orgánico líquido (PHOL). El H2 verde, en cualquier forma, puede llegar a su destino a través de oleoductos, camiones cisterna, camiones cisterna o buques. Para el transporte marítimo, los puertos son los enlaces más esenciales. Las diferentes vías técnicas de conversión de H2 provocan diferentes características de los puertos y de los buques. La distribución se requiere una vez que el H2 llega al puerto. El envío es como las arterias, mientras que la distribución es como los capilares que transportan H2 a los usuarios finales. Los modos de distribución pueden ser a través de carrotanques, ferrocarriles, oleoductos y buques. Se requieren buques de abastecimiento de combustible si los usuarios finales son buques.

Por tanto, los puertos marítimos tienen el desafío de desarrollar la infraestructura necesaria para cada uno de estos transportadores de H2. El Instituto de Estudios Energéticos de Oxford ha demostrado que será extremadamente importante llegar a un acuerdo sobre el portador de H2 más apropiado, ya que esto hará que toda la cadena de valor del H2 sea más económica y eficiente. Aunque cada uno de estos combustibles tiene sus propias ventajas y ofrece un conjunto distintivo de beneficios, ninguno de ellos es perfecto ni posee las características de una solución perfecta para el transporte de H2. Es probable que el progreso tecnológico en otras aplicaciones de descarbonización, cambien drásticamente el enfoque hacia el transporte de H2 a larga distancia.

Independientemente de la solución técnica y los estándares elegidos, es probable que el H2 verde influya en la geografía del comercio energético, regionalizando nuevas relaciones energéticas, con el surgimiento de nuevos centros de influencia geopolítica; se estima que más del 30% del H2 verde podría comercializarse a través de fronteras para 2050; una proporción mayor que la del gas natural actual. Los importadores netos de energía, como Chile, Marruecos y Namibia, están emergiendo como exportadores de H2 verde, mientras que los exportadores de combustibles fósiles, como Australia, Omán, Arabia Saudita y los Emiratos Árabes Unidos están considerando cada vez más el H2 verde para diversificar sus economías. De igual manera, estudios recientes indican oportunidades comerciales concretas en Sudáfrica, México e Indonesia, que podrían aprovechar el alto potencial de energía renovable de sus países y crear un mercado de exportación para combustibles limpios derivados del H2 y al mismo tiempo generar empleos verdes. Los países que esperan ser importadores, como Japón y Alemania, ya están desplegando una diplomacia dedicada al H2. En términos del equilibrio entre oferta y demanda, el potencial técnico para la producción de H2 supera significativamente la demanda global estimada. Por tanto, aprovechar el potencial de regiones como África, América, Medio Oriente y Oceanía podría limitar el riesgo de concentración de las exportaciones, pero muchos países necesitarán transferencias de tecnología, infraestructura e inversiones a gran escala.

De hecho, la producción y almacenamiento de H2 verde requiere grandes superficies. Esto desafía a los puertos a tener suficiente terreno disponible para tales actividades logísticas, lo que, para muchos puertos, no es una tarea fácil debido a la falta de terreno disponible. Se requiere superficie de terreno para electrolizadores y equipos relacionados, como transformadores, rectificadores, suministro de agua, torres de agua de refrigeración, separadores, secadores y compresores. La importación de vehículos portadores de H2 verde requiere muelles e infraestructura de conversión para H2 líquido, amoníaco y/o transportadores de H2 orgánico líquido. De igual manera, es necesario espacio para infraestructura de suministro de energía, para el craqueo de amoníaco (conversión en H2) y para la recuperación de H2 orgánico líquido. Además, se requiere de espacio de almacenamiento para transportadores de H2 verde y estaciones compresoras para poder inyectar H2 verde en el sistema de tuberías. En consecuencia, la producción y almacenamiento de H2 verde en los puertos marítimos requiere cantidad considerable de energía renovable y esto conlleva sus propios desafíos; el H2 pierde una cantidad considerable de energía cuando se produce mediante electrólisis de la energía eólica o solar, o cuando se vuelve a convertir en electricidad. Algunas fuentes apuntan a pérdidas de hasta el 60 % de la energía eólica inicial en el ciclo de energía eólica a H2 y de vuelta a electricidad. La generación de energía renovable, principalmente mediante energía solar y eólica, requiere la disponibilidad de un sistema de respaldo de plantas de energía convencionales. 

Algunos puertos marítimos, en la actualidad, ya se han convertido en importantes ecosistemas industriales y logísticos, conectados con otros grupos industriales cercanos. Esto les da la posibilidad de ayudar a equilibrar el suministro de H2 verde y el surgimiento de la demanda necesaria para absorberlo, priorizando aplicaciones industriales difíciles de reducir para la demanda de H2, así como promoviendo la adopción de H2 en la logística portuaria (combustible para buques, barcazas y camiones, directamente o mediante transformación). en amoníaco o metanol) y aplicaciones industriales (materia prima/reactivo verde en la producción química, tratamiento de metales, procesamiento de alimentos o como combustible). A través de iniciativas que promueven el transporte marítimo ecológico y el uso de combustibles marítimos renovables los puertos pueden contribuir activamente a aumentar la demanda de H2 y amoníaco para ayudar a descarbonizar el transporte marítimo. Dado que la oferta crea en cierta medida su propia demanda, la actual falta de instalaciones de producción de H2 verde a gran escala e infraestructura logística, combinada con un costo de capital intensivo y los riesgos de inversión asociados, pueden disuadir a la demanda de dar un paso adelante y adoptar esta solución limpia. 

En una economía del H2 verde bien establecida, los puertos desempeñarán un papel aún más fundamental dentro del comercio de energía. Los países con un exceso de producción de energía podrán vender su excedente en forma de H2 verde: el gobierno australiano ya propuso el desarrollo de centros de H2 cerca de las instalaciones portuarias para promover exportación de H2 verde e identificó los treinta puertos nacionales más adecuados para su establecimiento. Además, el Gobierno de Chile presentó su propia estrategia de H2 verde, haciendo que los puertos marítimos desempeñen un papel central en el manejo de la exportación de H2. En Canadá, se ha proyectado que los puertos marítimos forman la columna vertebral para la exportación de H2 verde producido en la región central de Canadá. La estrategia canadiense sobre H2 verde señala que los puertos podrían beneficiarse del uso de H2 como combustible para vehículos pesados que operan en áreas portuarias, satisfaciendo la demanda de combustible necesaria en un solo lugar para impulsar el despliegue a escala y rentable de sistemas de H2 verde. También se considera el uso de H2 para propulsar buques desde tierra y unidades de transporte y cuartos de refrigeración ubicadas en puertos marítimos.

El desarrollo de infraestructuras basadas en H2 verde combinadas dentro de agrupaciones industriales y zonas portuarias se está convirtiendo en un requisito previo clave para futuras mejoras en materia de sostenibilidad ambiental portuaria debido a las estrechas conexiones entre puertos e industrias. La Agencia Internacional de Energías Renovables, ha estimado que serán necesarias 614 Mt H2/año para limitar el aumento de 1,5 °C de la temperatura global de aquí a 2050; el H2 verde podría representar entre el 10 y el 18% del consumo energético mundial para 2050. Se estima que la demanda global anual de H2 será de más de 200 Mt en 2030 y 530 Mt en 2050. Investigaciones recientes estiman, para la década del 2030, que el 55% del H2 verde comercializado a nivel mundial se transportará a través de tuberías, el 45%; se transportará a través de buques, el 40% como NH3 (amoníaco) y 5% como LH2 (H2 líquido). 

En consecuencia, la demanda mundial de H2, la dotación de recursos de energía renovable, los costos de producción desequilibrados de H2 y los factores geopolíticos impulsan la formación del comercio internacional de H2 verde. Por tanto, el potencial de las cadenas internacionales de suministro de H2 verde es enorme y se espera que forme un nuevo patrón internacional de suministro de energía. Los principales pilares de las cadenas de suministro de H2 verde son la producción, el almacenamiento, el transporte y la utilización. Las cadenas de suministro de H2 verde son más complicadas que otras debido a numerosas permutaciones en la forma en que se produce, almacena, transporta y utiliza el H2, todas las cuales difieren en tecnología, infraestructura y seguridad. Los puertos son un nexo en las cadenas de suministro, ya que apoyan las interacciones entre las cadenas de suministro globales y los mercados regionales de producción y consumo. De hecho, tres factores determinan el potencial de un país exportador o importador: (1) dotación de recursos de producción de H2 (país rico recursos de energía renovables) y la demanda de H2 (capacidad de producción potencial supera la demanda); (2) la estrategia del país (Plan Nacional/Estrategias Nacionales, Hoja de Ruta); (3) acciones reales del país (reducción de costos, acuerdos con potenciales importadores, proyectos de exportación, asociaciones tecnológicas, inversiones, otros). 

Finalmente, el desarrollo y la instalación de infraestructuras específicas en las zonas portuarias también requeriría una nueva planificación de los edificios portuarios y la distribución de equipos, y esto podría ralentizar el proceso de innovación en los puertos más grandes. Sin embargo, y con el apoyo financiero adecuado, los puertos pequeños podrían verse favorecidos y actuar como facilitadores de dicha transición en el corto y mediano plazo, debido a su mayor flexibilidad en la planificación y gestión de infraestructuras. Asimismo, los puertos ubicados en áreas remotas e insulares podrían reducir los costos operativos y crear nuevos mercados mediante la explotación de fuentes de energía renovables y/o la importación de transportadores de H2 verde. A medio y largo plazo, se podría lograr una penetración total de la tecnología del H2 verde con la cooperación de los sectores industrial, portuario y marítimo, sujeto a estándares medioambientales cada vez más estrictos exigidos a nivel global.

El manejo de H2 verde y sus derivados en los puertos marítimos del mundo requiere habilidades y capacitación especial. Los puertos marítimos, los gobiernos, los organismos industriales y el mundo académico deben trabajar juntos para difundir información y concienciar sobre la seguridad asociada con el H2 verde y sus derivados. Algunos países han iniciado acciones educativas. Por ejemplo, en Australia, se llevó a cabo un Análisis Nacional de Habilidades y Capacitación en H2 para identificar y planificar las futuras habilidades, competencias y necesidades de formación de los australianos que trabajan con H2 verde. Japón ha establecido un centro de formación de personal para H2 verde. El Ejecutivo de Salud y Seguridad del Reino Unido ofrece un servicio de formación en seguridad H2 verde. Sin embargo, estos servicios de formación todavía tienen que cubrir de forma integral el manejo del H2 verde en los puertos marítimos del mundo. 

Las regulaciones y estándares portuarios se centran en la planificación de proyectos, la evaluación ambiental, la evaluación de la seguridad, la construcción de infraestructura y en el manejo y transferencia de carga. Por tanto, urge, en la actualidad, elaborar protocolos de gestión de riesgos de los puertos marítimos para el H2 verde, particularmente desde una perspectiva de estandarización internacional; es necesario establecer plataformas eficaces de intercambio de información y conocimientos para promover la aceptación pública de los puertos de H2 verde. De igual forma, se espera que se desarrollen regulaciones y estándares internacionales armonizados para el manejo de H2 verde en los puertos marítimos; se requiere cursos de educación y de capacitación para el manejo de H2 verde en los puertos marítimos del mundo.


Referencias

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