Escenario Economía del hidrógeno
El modelado, simulación y optimización del escenario Economía del Hidrógeno permitió cuantificar los efectos de las trayectorias de descarbonización a seguir para el desarrollo de la economía del hidrógeno.
La estructura de la simulación se basó en el modelo desarrollado para el Plan Energético Nacional (PEN) 2020-2050, incluyendo características analizadas para el potencial de la oferta, la huella de carbono, la prospectiva de la demanda y la infraestructura del hidrógeno en Colombia.
Se toma como base la demanda y oferta del escenario de modernización del PEN, ya que contempla la migración de combustibles líquidos a gaseosos y presenta menor incertidumbre tecnológica que otros escenarios más disruptivos.
La construcción del escenario Economía del hidrógeno está soportada en estas características analizadas mencionadas y con la robustez necesaria para la toma informada de decisiones de política pública.
Resultados:
Del análisis del escenario Economía del hidrógeno propuesto, en primer lugar y de manera preliminar, se concluye que el mayor potencial de generación de hidrógeno en Colombia es el de bajas emisiones, proveniente de recursos renovables (Hidrógeno verde). De un total de 23,6 GW de capacidad instalada real para el 2050, el 90% corresponde a tecnologías verdes (eólica, solar, gasificación de biomasa con CCS y reformado de bioetanol con CCS), mientras que el 10% restante proviene de tecnologías azules. Las tecnologías de generación de hidrógeno gris, por su parte, desaparecerán para el año 2032. El potencial de producción de hidrógeno en Colombia es suficiente y supera ampliamente la demanda nacional.
Demanda sectorial
Transporte
En el sector transporte, el despliegue del hidrógeno se dará únicamente en el transporte terrestre de vehículos pesados, dado que los ligeros no son competitivos en costos con los vehículos de batería eléctrica. Con esto en mente, su contribución a la demanda nacional de hidrógeno para el 2050 será del 64%, haciéndolo el mayor contribuyente y, por lo tanto, uno de los sectores más importantes para el despliegue del hidrógeno.
El transporte terrestre de vehículos pesados presenta un crecimiento paulatino en demanda de hidrógeno, iniciando con una primera aparición inferior al 1% en el 2033 y aumentando a 1190 kt de hidrógeno en 2050 (cerca del 20% de la energía demandada). El hidrógeno sustituye parcialmente el gas natural, el diésel y la gasolina del escenario base.
Lo anterior se refleja en una disminución de emisiones de GEI en el sector, clave para la búsqueda de la carbono-neutralidad en Colombia. Pasa de haber sido el sector más contaminante en el 2012 con el 11% de las emisiones nacionales, a cumplir las metas del NDC para el 2030 con una disminución de 8,39 Mt CO2-eq.
Así entonces, se puede inferir que las inversiones en tecnologías de hidrógeno se deben centrar en vehículos de carga.
Industria
Se definen las principales industrias que conducirán el desarrollo de una economía del hidrógeno. La mayor proporción de demanda en el escenario de proyección está en el sector de refinería con cerca del 75%, seguido de los productos químicos con el 10%. A partir del 2036, el sector de minería y cantería presentará una tendencia de crecimiento por la política de sustitución de camiones, llegando a representar entre el 11 y el 16% de la demanda en los últimos años.
Las emisiones asociadas a este fenómeno presentan un comportamiento que decrece desde 2030 pero aumenta a partir del 2036, debido al uso de otros energéticos y combustibles, en su mayoría carbón, gas natural y diésel. La medida del NDC pretende implementar tecnologías más eficientes para reducir 1,67 Mt CO2-eq para el 2030, sin embargo, para ese año, el escenario representa una contribución del 40% de este requerimiento.
No obstante, a largo plazo (año 2050), los aportes de las medidas se ven reflejados con la disminución de 1,93 CO2-eq.
Demanda nacional
Desde el 2020 se proyecta un crecimiento en la demanda de hidrógeno en la industria, con un 4% de participación del sector residencial desde el 2027 y la aparición de tecnologías de hidrógeno en el sector transporte a partir del 2031.
La demanda nacional crece de 148 kt en 2020 hasta 1867,65 kt en 2050 y, para este año, el escenario economía del hidrógeno supera la demanda del la Hoja de ruta de hidrógeno en 661 kt. Los sectores más importantes son el de transporte (demanda del 64% con 1190,15 kt) y el industrial (demanda del 33% con 616,4 kt).
Esta distribución es clave para la toma de decisiones informadas y la distribución de recursos.
El ahorro en emisiones de GEI asociadas, para el año 2030, sobrepasa por 1,72 Mt CO2-eq el ahorro en emisiones propuesto en las metas del NDC. Por su parte, la disminución acumulada al 2050 es de 1175,65 CO2-eq.
Matriz de producción
Para el 2050, la capacidad instalada real necesaria es de 7,59 GW. Se obtuvo la distribución óptima de las capacidades instaladas para garantizar el costo de producción de hidrógeno más bajo y menores emisiones de GEI, con el 47% de participación de tecnologías azules y el 50% de verdes en el 2031. En el 2050 se logra la transición a tecnologías de cero emisiones con una participación de tecnologías verdes del 92%.
En el 2031 se empieza a sustituir el reformado de gas natural por su homólogo azul y tecnologías verdes, impulsado por bajos costos de producción, alta disponibilidad de tecnologías solares desde el 2030 y la política de impuesto al carbono. De la biomasa y el carbón, sin embargo, se descarta su participación por su alto costo de producción y altas emisiones.
Emisiones de
GEI mitigadas
Las emisiones de GEI mitigadas responden a la migración mencionada a tecnologías de cero y bajas emisiones, y ala instalación exclusiva de tecnologías
de cero emisiones desde el año 2032.
En los primeros 5 años de simulación, el hidrógeno contribuye con entre el 9,7% y el 15,1% de las emisiones del sector generación, por tratarse principalmente de hidrógeno gris, sin embargo, su participación disminuyea partir del año mencionado.
Costos de implementación de la matriz de generación
Incluir el hidrógeno en la matriz de generación requiere de inversiones en las tecnologías de producción, infraestructura, distribución y uso final. En los primeros 5 años las plantas de hidrógeno gris (y la posterior integración con CCS) representan el 90% del costo de producción. Desde el 2030, la mayoría de los costos se asocian a las tecnologías verdes, representando para el 2050 una inversión de 3 368 millones de dólares.
Costos de implementación de la demanda de hidrógeno
En los primeros años se asocian sólo a la industria. En el 2030, la inversión sube a 252 millones de dólares, donde la industria y el transporte representan el 81,9%, lo demás va en infraestructura.
La compra de vehículos se mueve entre el 42,4% y el 89,5% de los costos. La distribución y el transporte representan a inicios de los 2030 más del 46% de la inversión, pero disminuyen hasta el 9,2% para el 2050. Al final de las proyecciones, la inversión es de 7 524 millones de dólares, distribuida en los diferentes sectores, donde a mayoría proviene de adquisición de vehículos y despliegue de la infraestructura necesaria para la distribución.
Costos totales de la transición al hidrógeno
La inversión anual varía entre 882 millones de dólares en 2030 y 10 892 millones de dólares en 2050. Desde el 2020 al 2030, el 71% de los costos se asocian a la producción y 23% a la demanda.
A partir de allí, la proporción de demanda empieza a aumentar una vez las tecnologías de producción se consolidan y establecen, empezando la etapa de adopción tecnológica de la demanda.
La infraestructura, por consecuencia, empieza a aumentar también su participación en los costos.
Potencial de exportación
Teniendo en cuenta que sólo la tecnología de reformado de gas natural y la eólica costa adentro se instalan hasta su máximo potencial para el 2050 (ya que la primera está instalada en Colombia antes del 2020 y la segunda alcanzará bajos costos y emisiones), el reformado de gas natural con CSS se considera la tecnología de transición entre las grises y las verdes poco competitivas en costos. Sin embargo, esta distribución optimizada de la capacidad instalada es menor al potencial, permitiendo exportaciones de hasta 4,2 Mt de hidrógeno en el 2050. Los ingresos provenientes de la exportación podrán alcanzar los 12,8 billones de dólares para el 2049. La venta de petróleo para el año 2022 se alcanzaría con la economía del hidrógeno a partir del 2024.