Cuando uno piensa en Alemania, una de las primeras cosas que viene a la mente es investigación, innovación y desarrollo de tecnología, así como grandes industrias, como las impulsadas por las empresas Siemens y Bayer.

Desde hace ya varios años, Alemania está invirtiendo en la investigación y desarrollo de tecnologías limpias para reducir las emisiones de dióxido de carbono de su matriz energética (de ahora en adelante “descarbonizar”), y en particular, de su matriz eléctrica. De hecho, el país está impulsando metas ambiciosas de descarbonización que significarían reducir hacia 2030 las emisiones de gases de efecto invernadero en 65% respecto a 1990, y alcanzar la carbono neutralidad en 2045 [1].

A los grandes desafíos que de por si implica la descarbonización, se suma la política de desmantelamiento de las centrales nucleares que comenzó Alemania en 2011. En efecto, se espera que las últimas tres plantas nucleares que están operativas salgan de servicio en 2023, luego de que se postergara el cierre de dos de ellas debido a los riesgos de seguridad energética generados por las consecuencias de la guerra en Ucrania [2].

Si bien la participación de las energías renovables en la matriz eléctrica de Alemania creció de 30% en 2016 a 45% en 2021, el país todavía tiene un largo camino por recorrer para alcanzar la carbono-neutralidad. Para ello es que apuestan al desarrollo de nuevas tecnologías, las energías renovables, y a los combustibles verdes.

Viaje informativo a BerlínDado que Alemania es uno de los países que está liderando la investigación y el desarrollo de la industria del hidrógeno verde, la Cámara de Comercio e Industria Uruguayo-Alemana (AHK Uruguay) y la empresa Eclereon GmbH, en el marco de la Iniciativa German Energy Solutions del Ministerio Federal de Economía y Protección del Clima (BMWK), organizaron el viaje informativo “Tecnologías para la generación, el almacenamiento y el transporte de hidrógeno” para los responsables de la toma de decisiones de Uruguay [3].

El viaje se realizó entre el 17 y 21 de octubre de 2022, y tuve la oportunidad de formar parte de la delegación de 20 técnicos uruguayos del sector público y privado que participaron, en representación del Observatorio de Energía y Desarrollo Sustentable (UCU).

Durante el viaje se realizaron visitas a empresas privadas e instituciones públicas del gobierno alemán que están trabajando en desarrollar la industria del hidrógeno, y en las mencionadas metas de descarbonización.
Durante la primera jornada se realizó un workshop con varias instituciones locales, que además contó con la participación del Embajador de Uruguay en Alemania, Gabriel Bellón, y del presidente de Ancap, Alejandro Stipanicic, que hizo una presentación sobre la hoja de Ruta de Uruguay para el Hidrógeno Verde.

Desde el gobierno alemán se hicieron presentaciones sobre la situación presente y las perspectivas futuras del hidrógeno verde en Alemania, sobre el contexto internacional, programas de cooperación y proyectos de investigación y desarrollo, entre otros.
Electrolizadores, compresores e hidrolineras de Enertrag
Una de las visitas realizadas durante el viaje fue a la central eléctrica híbrida Enertrag Prenzlau que está en operación desde hace aproximadamente una década. El sistema consiste en tres turbinas eólicas de 2 MW cada una, un electrolizador y dos plantas de cogeneración CHP (Combined Heat and Power) que pueden funcionar con biogás y con una mezcla de biogás e hidrógeno.

El electrolizador, mediante el cual se produce el hidrógeno al separar moléculas de agua, es de tecnología alcalina. Tiene una potencia de 600 kW, una eficiencia de 69% y opera a presión atmosférica. Se puede apreciar en la imagen siguiente.

Al nutrir el electrolizador con energía eléctrica a partir de fuentes renovables (en este caso eólica), el hidrógeno es denominado “verde”, a diferencia del hidrógeno producido a través del reformado de metano, comúnmente denominado “gris”, o del “azul”, que incorpora a este último tecnologías de captura, utilización y almacenaje de carbono (CCUS, por sus siglas en ingles). Esto, por mencionar solo algunos de los colores que se están utilizando en la actualidad para describir los distintos métodos de producción de hidrógeno, aunque en efecto, éste no tiene color, ni distinción molecular alguna más allá de cómo se produzca.

El hidrógeno se utiliza para calefacción, procesos industriales, mezcla con gas natural (el límite actual en Alemania es 2% pero bajo determinadas condiciones puede alcanzar hasta 10%, y se espera que vaya aumentando en un futuro cercano), repostaje de automóviles, camiones y autobuses, o incluso se puede convertir nuevamente en electricidad, entre otros usos.
Para su almacenamiento, debido a su muy baja densidad energética volumétrica en estado gaseoso, se utilizan diferentes procesos de compresión, dependiendo del uso posterior del hidrógeno. En el caso del sistema visitado, la primera compresión y posterior almacenamiento es a 25 bar. La siguiente imagen lo ilustra:

Para el hidrógeno que se utiliza en el sector transporte se requieren niveles de compresión superiores a los 700 bar. En la central visitada, se realiza entonces una segunda compresión a 300 bar, y se transporta el hidrógeno comprimido a una hidrolinera cercana donde hay otro compresor que lo lleva a las mencionadas presiones superiores a 700 bar. Una hidrolinera es básicamente una estación de servicio tradicional, donde en lugar de cargarse gasolina o gasoil, se carga hidrógeno, como se ilustra en la imagen siguiente:

Se destaca que la compañía alemana Enertrag, en colaboración con SEG Ingeniería, está en etapa de planificación y desarrollo del proyecto de porte mayor “Tambor Green Hydrogen Hub” en Uruguay. De concretarse, este proyecto implicaría instalar 350 MW de plantas eólicas y solares, electrolizadores para producir 15,000 toneladas de hidrógeno verde por año, y fabricar derivados a partir del hidrógeno, como por ejemplo e-metanol [4], para lo que se precisaría una fuente de dióxido de carbono biogénico.

En lo referente a aplicaciones de hidrógeno en el transporte, ya hay proyectos piloto en funcionamiento en Alemania. En el sector de transporte público de mediana y larga distancia, están circulando ómnibus a hidrógeno, aunque una de las grandes dificultades que presentan son los costos de capital de los ómnibus, del orden de 2.5 veces que los convencionales. La incorporación de ómnibus a hidrógeno fue posible por subsidios del gobierno alemán, y en el corto plazo no se espera que se alcance la paridad de costos con los convencionales (inclusive analizando el costo total de la propiedad).

También hay experiencia piloto en el sector marítimo, ya que tuvimos la oportunidad de recorrer el barco de empuje de bajas emisiones Elektra, que funciona principalmente a hidrógeno, y cuenta también con un sistema de baterías.

Algunas reflexiones del viaje
De las presentaciones que las instituciones públicas y empresas privadas alemanas hicieron a lo largo de los cinco días de visitas y workshops, queda claro que desde el gobierno alemán hay un fuerte compromiso y cuantiosas inversiones que se planea destinar para lograr la carbono-neutralidad.

Más allá de la masiva instalación de energías renovables no convencionales que ha realizado Alemania en los últimos años, y las que planea seguir realizando, el país deberá recurrir a importaciones de energías limpias dado que sus necesidades energéticas exceden su capacidad de producirlas.

De hecho, la Unión Europea adoptó en 2020 la estrategia de hidrógeno, y con la publicación en mayo 2022 del plan REPowerEU, la Comisión Europea completa la implementación de la estrategia de hidrógeno y, además, aumenta las ambiciones europeas para el desarrollo de hidrógeno renovable como un vector de energía, ya que desea independizarse de las importaciones de combustibles fósiles de Rusia. El REPowerEU tiene como meta producir 10 millones de toneladas y además importar 10 millones de toneladas de hidrógeno renovable en la UE para 2030, un aumento sustancial de los 5.6 millones de toneladas previstos en la Directiva de Energía Renovable revisada, publicada en julio de 2021 [5].

Sin embargo, también quedó claro durante las visitas a las compañías privadas y al Centro de Investigación de Hidrógeno y el Almacenamiento del BTU Cottbus-Senftenberg, que en la actualidad aún no se ha desarrollado un mercado de electrolizadores de gran porte, ni un mercado de hidrógeno verde. Las instalaciones que están en servicio en Alemania, y a nivel mundial, son del orden de cientos de KW o algunos MW. De acuerdo con lo establecido en las metas de descarbonización y la hoja de Ruta de Alemania, se necesita contar con varios órdenes de magnitud más en electrolizadores de lo que en la actualidad hay en servicio y en desarrollo.

Para los países fuera de la Unión Europea que cuenten con condiciones favorables para el desarrollo de la industria del hidrógeno verde, esta puede ser una gran oportunidad. El mercado del hidrógeno verde es aún incipiente, pero hay fuertes inversiones e intereses para su desarrollo, y Uruguay puede convertirse en un socio importante de Alemania y la Unión Europea, exportando nuestros recursos renovables para apoyar sus objetivos de descarbonización.

OBSERVATORIO DE ENERGÍA
Y DESARROLLO SUSTENTABLE:
Lorena Di Chiara – Directora de Investigación Sector Energético, Observatorio de Energía y Desarrollo Sustentable (UCU). Editado por: Felipe Bastarrica, Director Ejecutivo, Observatorio de Energía y Desarrollo Sustentable (UCU).1] Clean Energy Wire (2021). Germany’s greenhouse gas emissions and energy transition targets. 2] The Guardian (2022). Germany to delay phase-out of nuclear plants to shore up energy security.3] AHK (2022). Viaje de Capacitación y Negocio a Alemania. 4] H2LAC (2022). Tambor Green Hydrogen Hub: el nuevo proyecto uruguayo de hidrógeno verde.5] European Commission.