Por Agustín Ghazarian y Laura Souilla
El hidrógeno y sus derivados han captado la atención de gran parte de la comunidad energética, posicionándose como una de las pocas alternativas viables para descarbonizar sectores de difícil mitigación, como el transporte de carga, el aéreo y el marítimo, entre otros. En su esfuerzo por establecer un camino claro, varios países han desarrollado hojas de ruta para el hidrógeno verde, fijando metas ambiciosas y comprometiéndose a alcanzar costos de producción competitivos frente a su contraparte gris. Sin embargo, hasta ahora, el desarrollo del sector no parece estar alineado ni con los objetivos establecidos en estos documentos ni con los avances necesarios para cumplir las metas de reducción de emisiones, generalmente previstas para 2050 [1].
Identificar las barreras que están limitando el progreso del sector es crucial para poder superarlas y fomentar su desarrollo. En esto, el modelado juega un rol esencial: no solo permite discutir y analizar los costos propuestos en las hojas de ruta, sino también entender los supuestos, a veces optimistas, que los sustentan y su impacto en dicho costo. Diseñar modelos claros y con supuestos realistas ayuda a identificar los cuellos de botella, evaluar escenarios y proponer soluciones efectivas a las barreras encontradas.
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[1] https://hidrogenoverdehoy.com.ar/evolucion-y-desafios-globales-de-los-proyectos-de-hidrogeno-bajo-en-carbono/
El modelo HILDA [2] desarrollado íntegramente por GME Global permite analizar en profundidad la cadena de valor del hidrógeno y sus derivados, capturando las complejas interacciones entre los diferentes componentes de la cadena de valor y habilitando diversas configuraciones (on-grid, off-grid, con baterías, entre otras). Además, constituye una herramienta poderosa para evaluar configuraciones alternativas, como por ejemplo el transporte del producto final hasta un puerto de destino o el traslado de electricidad para la producción de hidrógeno in situ.
Los inputs al modelo son de distinta naturaleza: energéticos, económicos, de infraestructura y de selección del producto final. Se representa el balance de energía y de masa con paso horario lo que permite considerar las particularidades de cada tecnología y habilitar configuraciones que mitiguen la variabilidad, tanto de electricidad como de productos intermedios.
Se obtiene así la solución “óptima” para una producción dada, entendiendo por “óptima” aquella que minimiza el costo nivelado del producto final (H2o sus derivados), mediante el adecuado dimensionamiento de los equipos principales (por ejemplo, capacidad del parque de generación, parque de electrolizadores, baterías y necesidad de compresión y almacenamiento).
En el caso de que el producto final sea un derivado del H₂, la síntesis de dicho producto se modela considerando tanto la interacción con la planta aguas arriba como las restricciones operativas propias de estos procesos.
La siguiente figura ilustra lo anterior, mostrando los elementos modelados para el caso en el que el H₂ es el producto final, destacando en rojo aquellos que son optimizados.
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[2] Hydrogen Industry Long-term Data Analyzer
Se obtienen resultados tanto energéticos como económicos, analizados en una escala horaria y acumulados a lo largo del ciclo de vida del proyecto. El análisis horario permite comprender en detalle el suministro de energía, los momentos de carga y descarga de las baterías, las horas de funcionamiento del electrolizador, así como los períodos de curtailment del parque de generación renovable.
Este modelo de cálculo del costo nivelado del producto final (LCOH, LCOX) alimenta a un modelo financiero que estima el impacto de los impuestos y / o beneficios fiscales en el retorno esperado para la inversión.
Para distintos esquemas y geografías los resultados pueden variar, sin embargo, hay tendencias claves que se mantienen:
- El costo de la electricidad es el principal factor que impulsa los costos totales, representando entre el 60% y el 70% del total.
- El segundo componente más relevante es el costo del electrolizador, que se encuentra en un rango del 20% al 30% del total.
- Las inversiones iniciales requeridas para la implementación del proyecto son considerablemente altas.
- Los costos nivelados de hidrógeno (LCOH) alcanzados hasta el momento son superiores a los valores esperados en las hojas de ruta y a los costos de alternativas fósiles.
- Factores como la tasa de descuento y la vida útil del proyecto tienen un impacto significativo en los resultados obtenidos, subrayando la sensibilidad del modelo a estos supuestos clave.
El modelado es una herramienta esencial para la evaluación de proyectos de hidrógeno y sus derivados, tanto para facilitar la conceptualización del caso de negocio como para desafiar los resultados planteados en las hojas de ruta, evaluar el impacto de los supuestos utilizados y definir estrategias clave para alcanzar valores más competitivos. Además, facilita una comprensión más profunda del funcionamiento de la planta, lo que contribuye a identificar los aspectos más críticos de cada proceso y dimensionar los componentes críticos necesarios para lograr un desempeño óptimo.
Actualmente, reducir el costo de la electricidad es fundamental para lograr una producción de hidrógeno competitiva. En este contexto, además de la disminución de costos asociada al avance de las tecnologías solar y eólica en gran parte ya ocurrida, la reducción esperada en el costo de las baterías podría desempeñar un papel clave al mitigar las intermitencias en la generación. Asimismo, algunos países cuentan con excedentes de energía renovable en la red, que pueden negociarse a precios favorables con los productores, lo que contribuiría a reducir los costos de producción (por ejemplo, la energía hidroeléctrica en Paraguay).
También se destaca la reducción de costos en las tecnologías de electrólisis, donde China lleva la delantera con avances significativos. El tratamiento del agua, y más importante su disponibilidad, es un factor relevante a la hora de evaluar la localización de un proyecto y eventualmente el uso de infraestructura compartida.
En las etapas de compresión y almacenamiento es importante garantizar un suministro continuo de electricidad, a costo competitivo.
Para la producción de derivados, la selección de la ruta tecnológica y en algunos casos la disponibilidad de fuentes de carbono biogénicas (por ejemplo para la producción de metanol) es condición sine qua non para la conceptualización del negocio, junto con la identificación de posibles offtakers.
Finalmente, también mencionar que acciones que busquen aliviar el costo de inversión inicial (exoneraciones de impuestos, beneficios fiscales, créditos, subsidios, etc.) resultarán clave para el desarrollo de estos proyectos. Y este impacto se evalúa con el modelado financiero.