La industria pesada de Europa experimenta con el hidrógeno verde para tratar de descarbonizarse

Sylvia Pfeifer

A orillas del Rin, en el noroeste de Alemania, se encuentra la planta de Thyssenkrupp de Duisburg, la acería integrada más grande de Europa. La enorme instalación produce alrededor de 11 millones de toneladas de acero al año, junto con aproximadamente 20 millones de toneladas de dióxido de carbono, cerca de 2,5% de las emisiones de CO2 del país.

Con las naciones de la UE comprometidas con una reducción de 55% en las emisiones de gases de efecto invernadero para 2030, empresas como Thyssenkrupp deben descarbonizarse rápidamente. Su plan para convertir eventualmente los hornos de Duisburg a hidrógeno se encuentra entre los más ambiciosos de la industria pesada.

Sectores como el acero, el cemento y la petroquímica, que requieren un calor extremo durante la producción, tienen una enorme huella de carbono. El acero es responsable de entre 7% y 9% de todas las emisiones directas de combustibles fósiles, y cada tonelada producida resulta en un promedio de 1,83 tonelada de CO2, según la Asociación Mundial del Acero. El cemento representa alrededor de 8% de todas las emisiones globales.

La industria pesada, particularmente en Europa dadas sus reglas ambientales, está más avanzada que la mayoría en la descarbonización. Pero recién está comenzando. Si bien la mayoría de los grupos siderúrgicos europeos están considerando el hidrógeno como una ruta para fabricar el llamado acero bajo en carbono, los rivales chinos se han centrado más en combinar la fabricación de acero tradicional con la tecnología de captura y almacenamiento de carbono.

Los detractores dicen que el gas es solo una de varias soluciones para descarbonizar los procesos de producción, y que el uso generalizado del hidrógeno limpio o "verde" se verá limitado por la infraestructura y los volúmenes de energía renovable necesarios. Sin embargo, los expertos afirman que los gobiernos y las empresas no tienen más remedio que superar estos obstáculos si la industria pesada quiere reducir sus emisiones.

"Hay muchos problemas con el hidrógeno, incluido el aumento de los volúmenes que necesitamos, pero eso no importa, es imprescindible", dijo Julio Friedmann, investigador principal del Centro de Política Energética Global de la Universidad de Columbia SIPA.

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Corazón del hidrógeno verde

Arnd Köfler, director de tecnología de Thyssenkrupp, dijo que para cumplir con los estrictos objetivos de emisiones de Europa, "hay que identificar las grandes oportunidades, dónde y cómo reducir las emisiones de dióxido de carbono". Él cree que la escala de las emisiones de Duisburg ofrece una oportunidad perfecta para desplegar el hidrógeno.

La empresa está realizando pruebas para utilizar hidrógeno como agente reductor en altos hornos tradicionales, que en teoría podrían lograr ahorros de CO2 de hasta 20%. Pero para hacer una mella significativa en las emisiones se requieren cambios más drásticos en la tecnología y el uso de gas natural o hidrógeno en lugar de coque para separar el oxígeno del mineral de hierro, para producir el llamado Hierro de Reducción Directa (DRI, sigla en inglés).

Thyssenkrupp planea tener su primera planta de DRI en funcionamiento para 2025, produciendo inicialmente 400 mil toneladas anuales de acero "respetuoso con el clima", fabricado con hidrógeno o gas natural, y 3 millones de toneladas para 2030. Su objetivo es reemplazar todos sus altos hornos para 2050.

Siguen existiendo grandes obstáculos, incluyendo un suministro de hidrógeno suficiente, además del elevado costo. La factura para convertir Duisburg para que funcione con hidrógeno alcanzaría a 10 mil millones de euros.

Construir la infraestructura para un hub de hidrógeno también requerirá el apoyo del gobierno. Sin embargo, el tamaño de Duisburg podría convertirlo en el núcleo de la economía del hidrógeno, con gasoductos que alimenten el gas a otras industrias, incluidos los fabricantes de productos químicos. La estrategia nacional de hidrógeno del gobierno alemán, publicada el año pasado, se centró claramente en el hidrógeno "verde" obtenido mediante el uso de electricidad de fuentes de energía renovables para electrolizar el hidrógeno del agua.

Aditya Mittal, director ejecutivo de ArcelorMittal, dijo esta semana que todavía es "demasiado pronto para anunciar" cuándo entrará en funcionamiento el hidrógeno verde. La compañía tiene en marcha una serie de pruebas de descarbonización, incluida una para probar la capacidad del hidrógeno para reducir el mineral de hierro en sus instalaciones de Hamburgo.

"Es un largo viaje por delante", dijo Mittal. "No estamos cerca del final".

Para convertir los 100 millones de toneladas de acero al año que se fabrican en la UE utilizando carbono, se necesitarían unos 400 teravatios-hora de electricidad al año, lo que equivale a 15% del consumo actual total del continente. Todo eso tendría que provenir de fuentes renovables.

Brian Aranha, vicepresidente y jefe de estrategia de ArcelorMittal, dijo que “parece muy poco probable que tengamos pronto ese tipo de hidrógeno disponible basado en la nueva generación de energía renovable”.

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Cemento y químicos

Temas similares ocupan a los ejecutivos de la industria del cemento, donde el CO2 es generado por los procesos de combustión química y térmica involucrados en la producción. La mayoría de los grandes grupos del sector están explorando el uso de captura y almacenamiento de hidrógeno y carbono.

Hanson UK, la rama británica de HeidelbergCement Group, se ha asociado con investigadores de la Universidad de Swansea para experimentar con el uso de hidrógeno verde para reemplazar el gas natural en los quemadores de su planta de Port Talbot, en el sur de Gales.

Un proyecto financiado por el gobierno en la fábrica de cemento Ribblesdale de la empresa en Lancashire está probando el uso de hidrógeno y combustibles de biomasa en el horno de cemento. La prueba, dijo Iain Walpole, gerente de sustentabilidad ambiental de Hanson UK, es para demostrar que “podemos producir algo que siga siendo cemento” usando hidrógeno.

Las empresas químicas también están examinando el uso de hidrógeno para alimentar sus plantas. Ya tienen una experiencia significativa con el gas, que es un subproducto de algunos procesos de fabricación.

Ineos, que produce 300 mil toneladas de hidrógeno al año, cree que puede ser  "un elemento" de los procesos de descarbonización. El grupo de productos químicos de propiedad privada planea establecer un centro de suministro de hidrógeno limpio en su planta de Rafnes, Noruega, mediante la construcción de un electrolizador de 20 MW.

Geir Tuft, director ejecutivo de Inovyn, filial de Ineos, advierte que, dadas las cantidades de gas necesarias, el progreso llevará tiempo.

“Hay mucho marketing en torno a los proyectos de hidrógeno. Tenemos que ser realistas: estamos donde estaba la industria eólica hace 20 o 30 años en términos de despliegue”.

Apoyo estatal

Y así como el desarrollo de la industria eólica marina fue impulsado por esquemas de subsidios, el del hidrógeno en las industrias del acero y el cemento necesitará apoyo estatal, dicen los expertos.

"A corto plazo, esperaríamos que fuera necesario un mecanismo de subsidio para ayudar a descarbonizar el cemento y el acero", dijo Aaron Goater, del Comité de Asesoramiento del Gobierno sobre Cambio Climático de Gran Bretaña.

Un alto precio del carbono es clave. Un estudio reciente de BloombergNEF descubrió que el hidrógeno producido a partir de electricidad renovable podría tener un costo competitivo con el carbón para la fabricación de acero para 2050 si se aplicara un precio de carbono de US$ 50 por tonelada de CO2 al carbón coquizable.

En última instancia, dependerá de los gobiernos ayudar a crear la infraestructura necesaria para una economía del hidrógeno. El plan climático del gobierno de Reino Unido promete una inversión de más de 1.000 millones de libras esterlinas para apoyar proyectos de hidrógeno y la aplicación de la captura, uso y almacenamiento de carbono en cuatro grupos industriales.

Según Friedmann, aquí es donde debe estar el enfoque de la descarbonización. Europa, dice, está por delante de la mayoría de los demás países al pensar en centros industriales para proporcionar las líneas de transmisión, los sistemas de transporte de CO2 y los sistemas de distribución de hidrógeno necesarios.

“Es difícil y caro, pero ese es el trabajo. O los gobiernos de Europa pagan por esa infraestructura o brindan incentivos al sector privado para que lo haga".