Un barco impulsado por hidrógeno podría transformar la industria naval, ayudando a reducir los gases de efecto invernadero.

La industria naval emite actualmente el 3% de todos los gases de efecto invernadero. Para mantener las temperaturas dentro de límites seguros, según especialistas, los barcos y otras embarcaciones tendrán que ser descarbonizados. ¿Podría el hidrógeno verde ser la respuesta?

En un río en el norte de Bélgica, una embarcación que se mueve con un combustible que todos esperan que sea el secreto para ayudar a disminuir los gases de efecto invernadero generados por barcos en todas las regiones del planeta en el futuro, es el hidrógeno.

El combustible fue probado en el Hydroville, una lancha especial para 16 pasajeros que se desplaza entre Kruibeke y Amberes. Hydroville fue lanzado hace tres años como el primer barco de pasajeros movido a hidrógeno del mundo. Su motor híbrido permite que funcione con hidrógeno y diésel.

“Decidimos por nosotros mismos, mira, tenemos que comenzar con esto hoy, aunque aún no haya demanda”, dice Roy Campe, director gerente de CMB.Tech, filial de I+D de CMB, propietaria de Hydroville. “Necesitamos comenzar hoy para asegurarnos de que en 10 años ya podamos empezar a producir todos nuestros barcos con bajo nivel de emisiones. No es un interruptor de luz que simplemente enciendes.”

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Paulo Nogueira

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CMB ya se encuentra en la fase de construcción de varios otros barcos que funcionan con hidrógeno, incluyendo una lancha más grande para 80 personas en Japón, con lanzamiento previsto para principios de 2021.

El sector de pequeñas embarcaciones es un gran “laboratorio” para expandir soluciones de tecnología limpia a grandes barcos mercantes, según Diane Gilpin, fundadora de Smart Green Shipping Alliance. Actualmente, los barcos emiten el 3% de todos los gases de efecto invernadero y las emisiones deberán crecer hasta el 50% hasta 2050 si la industria continúa en un camino normal. Los gobiernos han prometido reducir las emisiones del transporte marítimo a la mitad para 2050, pero la industria ha sido lenta hasta ahora para implementar estas medidas.

Se necesita mucha energía para transportar un barco en el agua y ese número tiende a maximizarse a medida que crece el comercio mundial. Para reducir las emisiones, parte de esa energía podría ser disminuida mediante barcos que utilizan diseños más eficientes, instalando tecnologías para aprovechar el viento, yendo un poco más despacio para ahorrar combustible o simplemente transportando menos cosas.

Pero, en última instancia, si el transporte marítimo va a descarbonizarse completamente ‑ y eso tendrá que suceder si el mundo quiere mantenerse dentro de los límites de temperatura seguros ‑ necesita encontrar un sustituto para los combustibles fósiles.

El programa de hidrógeno de CMB es uno de varios proyectos de transporte en todo el mundo que están probando cómo el hidrógeno y otros combustibles hechos a partir de él, como amoníaco y metanol, pueden ser utilizados para impulsar una industria marítima de bajo carbono en el futuro. Estos combustibles, comúnmente denominados combustibles “sintéticos”, se consideran una opción particularmente prometedora porque pueden ser producidos con electricidad limpia ‑ como la energía solar o eólica ‑ y quemados sin emitir gases de efecto invernadero.

¿Por qué hidrógeno?

El hidrógeno no es la única opción de combustible alternativo, por supuesto. Biocombustibles ‑ combustibles hechos de materiales vegetales o residuos animales ‑ son otra. Pero tienen una gran variedad de usos planeados en otros sectores, mientras que su producción sostenible es limitada, dice Tristan Smith, investigador de emisiones marítimas de University College London.

Baterías cargadas con electricidad renovable son otra opción. Pero probablemente habrá límites en la distancia que pueden cargar; grandes barcos cruzando océanos simplemente necesitarían demasiadas baterías para funcionar solo con ellas.

Casi todo el hidrógeno se produce utilizando combustibles fósiles ‑ de hecho, el 6% del gas natural global y el 2% del carbón actualmente se destinan a la producción de hidrógeno.

Lo que deja al hidrógeno y otros combustibles sintéticos hechos de electricidad limpia. El gas ya se utiliza en procesos industriales en todo el mundo ‑ la demanda por él ha aumentado tres veces desde 1975. Pero casi todo el hidrógeno, que ya se utiliza en gran medida en la industria, se produce con combustibles fósiles. De hecho, el 6% del gas natural global y el 2% del carbón actualmente se destinan a la producción de hidrógeno. Aunque este tipo de hidrógeno podría usarse para abastecer barcos con emisiones cero por parte del propio barco, obviamente no es de bajo carbono, ya que se utilizan combustibles fósiles para producirlo.

Pero el hidrógeno también puede ser producido sin combustibles fósiles, utilizando energía renovable para dividir el agua en un proceso llamado electrólisis. Este proceso es caro y, actualmente, solo el 0,1% del hidrógeno se produce a partir de él, pero aquí reside la principal esperanza de un combustible de navegación ecológicamente correcto. “El hidrógeno verde puede ser realmente libre de emisiones en un ciclo de vida completo”, dice Marie Hubatova, especialista en emisiones de transporte del Fondo de Defensa Ambiental. “Esto significa desde el punto de donde se extrae el combustible, o se produce, hasta el punto de combustión.”

El problema es que ahora la disponibilidad de hidrógeno verde simplemente no está ahí, dice Xiaoli Mao, investigador del equipo marítimo del Consejo Internacional de Transporte Limpio (ICCT). “Los productores de combustible necesitan ver alguna demanda legítima para invertir en su producción, así que es como un problema de huevo / gallina ‑ si la tecnología del barco se desarrolla primero o el lado del combustible se desarrolla primero”, dice ella.

La propia CMB ya está actuando como pionera, construyendo su propia estación de abastecimiento marítimo para coches, autobuses y barcos a hidrógeno en el puerto de Amberes, que producirá su propio hidrógeno utilizando un electrólizador. “Primero necesitamos mostrar, mira, somos clientes y estamos dispuestos a pagar esta cantidad por el hidrógeno”, dice Campe. “Y luego ves, ‘Oh, hay un caso de negocio para los electrólizadores’.”

¿Cómo funcionará en barcos?

Después de que el hidrógeno es producido, hay varias maneras de usarlo para proporcionar energía a los barcos.

Puede ser quemado en un motor de combustión interna, como Hydroville está haciendo actualmente. Una desventaja de esto es que quemar cualquier cosa en el aire, que consiste en gran parte de nitrógeno, inevitablemente produce algún nivel de óxidos de nitrógeno ‑ que son los principales contaminantes del aire.

Estas emisiones podrían combatirse con la instalación de algún tipo de dispositivo de pos-tratamiento, dice Mao. Pero el hidrógeno también puede ser utilizado en una celda de combustible ‑ un dispositivo que convierte químicamente el combustible en electricidad sin la necesidad de quemarlo, y la única emisión es agua. “Los principales desafíos de hacer esto en un barco son simplemente hacerlo lo suficientemente grande”, dice Smith, señalando el enorme gasto de instalación de suficientes celdas de combustible para alimentar un barco. “Hay una cuestión real de si esta es o no una opción que funcionará a la escala de los barcos.”

Otras opciones pueden existir para el hidrógeno. Una empresa del Reino Unido, Steamology, se encuentra en las primeras etapas de desarrollo de electricidad a hidrógeno impulsada por vapor. Aquí, el vapor creado por la quema de hidrógeno con oxígeno puro de un tanque se utiliza para accionar una turbina, generando electricidad. La tecnología está siendo probada en trenes, pero tiene un gran potencial para ser utilizada en el sector de navegación, dicen sus fundadores. “Es bastante rudimentario en muchos aspectos”, dice Matt Candy, CEO de Steamology. “Por lo tanto, creemos que tenemos una solución eléctrica a vapor. No tenemos óxidos de nitrógeno, nuestra emisión es genuinamente cero. Pero tenemos que superar el problema de quemar hidrógeno en un ambiente de oxígeno.”

A pesar de estas tecnologías prometedoras, la transición al combustible hidrógeno no ocurre sin grandes desafíos.

Para empezar, es altamente inflamable. CMB realiza programas de entrenamiento para su tripulación y otros, examinando desde cómo mantener un sistema de hidrógeno a bordo de un barco hasta cómo tratar la seguridad contra incendios. También es muy caro, aunque sus costos están disminuyendo, requerirá capacidad extra de electricidad.

Pero el verdadero desafío de usarlo en envíos de larga distancia es la dificultad de almacenarlo. El hidrógeno no puede simplemente reemplazar el combustible de abastecimiento en el sistema actual. Para almacenarlo a bordo de un barco como líquido, necesita ser congelado a temperaturas criogénicas de -253C (-423F), dice Hubatova. Y, aun así, ocupará mucho espacio ‑ alrededor de ocho veces más que la cantidad de gas y petróleo naval necesarios para proporcionar la misma cantidad de energía, de acuerdo con el análisis de EDF.

El espacio extra necesario para el hidrógeno ha causado preocupación en la industria de que podría ser necesario limpiar la carga para abrir espacio para el combustible. Pero un análisis del ICCT concluyó que esta barrera podría ser superada. Descubrió que el 43% de los viajes actuales entre China y Estados Unidos ‑ una de las rutas marítimas más transitadas del mundo ‑ podrían realizarse utilizando hidrógeno sin necesidad de espacio para carga o para detenerse más veces para reabastecer. Casi todos los viajes podrían ser movidos a hidrógeno, con solo pequeños cambios en la capacidad de combustible o en las operaciones, concluyó.

Usar hidrógeno para producir amoníaco puede ser una alternativa

El hidrógeno se usa a menudo como un término general para combustibles sintéticos, pero muchos expertos creen que otra opción es realmente mejor: usar hidrógeno verde para hacer amoníaco verde, otro combustible que puede ser quemado o utilizado en una celda de combustible. El amoníaco es mucho más fácil de almacenar que el hidrógeno (necesita refrigeración, pero no temperaturas criogénicas) y ocupa alrededor de la mitad del espacio, ya que es mucho más denso. También puede ser convertido de nuevo en hidrógeno a bordo de un barco, lo que significa que puede ser cargado y almacenado en el barco como amoníaco, pero usado en una celda de combustible de hidrógeno.

“En este momento, la mejor apuesta es simplemente transformar [hidrógeno] en amoníaco”, dice Smith. “El amoníaco es mucho más barato de almacenar; puedes almacenarlo en un tanque presurizado, así que no necesitas tener ningún tipo de criogenia. Es solo un poco más caro de producir que el hidrógeno.”

Las advertencias? En primer lugar, el amoníaco es tóxico tanto para los humanos como para la vida acuática, por lo que se debe tener cuidado. En segundo lugar, la etapa extra para convertir hidrógeno en amoníaco utilizará más electricidad renovable, haciendo que el amoníaco sea un poco más caro.

Aun así, el amoníaco es visto por muchos en la industria como la opción más viable: un consorcio de empresas recibió recientemente financiación de la UE para instalar la primera celda de combustible movida a amoníaco del mundo en un barco en 2023.

El hidrógeno verde en sí ya es caro y, durante mucho tiempo, muchos han dudado si alguna vez sería lo suficientemente barato como para ser utilizado de manera generalizada como combustible. Pero las enormes reducciones de costo en energía eólica y solar en los últimos años han ayudado a desafiar esta visión, con algunos expertos proyectando que el costo del hidrógeno verde caerá significativamente más en la próxima década.

Cambio necesario

Tras un inicio letárgico de la acción climática en las últimas décadas, hay algunas señales de que la industria naval está comenzando a prestar atención a los riesgos que la crisis climática representa. Según Smith, grandes porcentajes de la industria ahora piensan que necesitarán deshacerse de los combustibles fósiles, siendo los derivados de hidrógeno, como el amoníaco, considerados las alternativas más probables. “Hay un millón de preguntas sobre cómo pasamos de donde estamos hoy a ese objetivo final”, dice él. “Pero la idea de que es hacia donde estamos yendo ahora es muy, muy, muy popular.”

Esto es apoyado por grupos como Getting to Zero Coalition, un grupo de armadores, puertos y países que se comprometieron a introducir barcos con emisiones cero en rutas marítimas profundas para 2030. A principios de este año, el grupo compiló una lista de 66 pilotos de emisiones cero y proyectos de demostración para envíos en todo el mundo, muchos involucrando combustibles de hidrógeno. “Ellos probablemente serán el grupo que realmente será pionero en barcos de hidrógeno y amoníaco a una escala mayor que los pilotos”, dice Hubatova. “Esta acción de abajo hacia arriba es muy importante, ya que envía la señal correcta a la industria en general.”

Pero, en ausencia de una regulación más fuerte para las emisiones de la industria naval, la velocidad de descarbonización será limitada. “El papel del enfoque de arriba hacia abajo en forma de regulaciones también es crucial, ya que garantizará que todos se transformen en carbono cero, no solo los participantes más progresistas”, dice Hubatova.

De hecho, Smith argumenta que la principal restricción para las emisiones del transporte marítimo no proviene de barreras tecnológicas, sino del proceso político ‑ más significativamente, la Organización Marítima Internacional, el órgano de la ONU encargado de abordar el impacto climático del transporte marítimo. “Tenemos opciones: podemos esencialmente prohibir progresivamente los combustibles fósiles en barcos o podemos intentar incentivar el mercado de combustibles derivados de hidrógeno”, dice él.

El propio Smith prevé tres etapas en los próximos 15 años para los combustibles derivados del hidrógeno en el transporte marítimo: un aumento en las pruebas y primeras del tipo de ahora hasta 2025; una absorción de hidrógeno por pioneros en la industria hasta 2030; y luego, una escala más amplia será implementada después de 2030, a medida que los costos disminuyan y la infraestructura para el reabastecimiento se vuelva más difundida. Las compañías navieras ya están hablando de encargar barcos “preparados para cero”, que pueden ser fácilmente adaptados para amoníaco, añadió él. “La mentalidad de ellos es: sé que en 10 años tendré que hacer algo para operar ese barco con amoníaco”, dice él.

El resultado de las emisiones del transporte marítimo depende de una amplia gama de factores, desde regulaciones hasta la adopción de otras tecnologías. Pero hay un creciente cúmulo de evidencias de cuán rápido el sector de transporte marítimo puede descarbonizar si decide hacerlo, con un gran informe descubriendo que podría descarbonizar casi completamente hasta 2035 utilizando tecnologías actualmente conocidas, incluyendo combustibles verdes alternativos como el hidrógeno.

Gilpin cree que el sector podría reducir las emisiones a la mitad para 2030. “Si tratáramos esta emergencia climática, como tratamos la emergencia de la Covid, ciertamente podríamos”, dice ella. “Pero no lo hacemos, pensamos ‘Oh, es un poco difícil, hagamos otra reunión sobre esto.’”

Mao coincide en que, para garantizar la adopción generalizada de tecnologías de transporte de bajas emisiones, regulaciones obligatorias estrictas son vitales. Incluso si los combustibles de hidrógeno no se utilizan de manera generalizada en una década o más, ella dice, “realmente necesitamos comenzar ahora.”

“Existen muchas barreras, enfrentémonos a eso”, dice ella. “Debemos dedicar nuestro dinero de investigación para hacer de esto una realidad en el futuro.”