Descarbonización del Transporte Marítimo: Hidrógeno y Metanol como combustibles alternativos

La industria del transporte representa un 15 % del total de las emisiones de efecto invernadero. En particular, el transporte pesado y marítimo representan un 10 % de las emisiones de carbono a nivel mundial. En un contexto de creciente conciencia sobre el cambio climático y la sostenibilidad, descarbonizar estos sectores se ha convertido en una prioridad. Sin embargo, la electrificación de estos medios de transporte enfrenta grandes desafíos debido a las largas distancias a recorrer por dichos vehículos y las pesadas cargas que transportan.  Es aquí donde el hidrógeno renovable emerge como una alternativa prometedora debido a su gran densidad energética en comparación con las baterías.

El hidrógeno en el Sector Marítimo

El transporte marítimo tiene una importancia capital en el mundo actual. El 80 % de las mercancías se mueven por vía marítima, así que el comercio y las economías mundiales dependen directamente de este sector. Por tanto, es necesario protegerlo e incluso incentivarlo, pero para ello es indispensable avanzar hacia su descarbonización, ya que actualmente el transporte supone una cuarta parte de las emisiones totales de gases de efecto invernadero de la UE.

Actualmente, las emisiones de gases de efecto invernadero no paran de crecer en el transporte marítimo. Se prevé que podrían ser un 130 % más altas que las de 2008 para el año 2050 si no se toman medidas, un dato que choca con los objetivos de descarbonización fijados. La Unión Europea, por ejemplo, necesita reducir las emisiones del transporte un 90 %, incluyendo todos los tipos, para conseguir sus objetivos de neutralidad climática.

El transporte marítimo enfrenta sus propios desafíos en materia de descarbonización, ya que debe operar en condiciones difíciles y cubrir largas distancias sin posibilidad de reabastecimiento frecuente. La adopción de soluciones eléctricas puras en este sector implica la instalación de grandes baterías, lo cual resulta en limitaciones de peso, espacio y eficiencia.

En este contexto, el hidrógeno se postula como una alternativa que puede superar estos obstáculos. Su alta densidad energética hace que, en comparación con las baterías eléctricas, el hidrógeno pueda proporcionar mayor autonomía sin sacrificar capacidad de carga. Sin embargo, como tecnología incipiente, es aún un sistema costoso, si lo comparamos con los derivados del petróleo que utilizan el 96 % de los buques mercantes. Se requieren, por consiguiente, importantes inversiones en infraestructura (tanto buques como instalaciones portuarias) para cambiar el modelo centrado en el petróleo, pero se considera una de las principales esperanzas para la total descarbonización del sector.

Ventajas del Hidrógeno Renovable en el Transporte Marítimo

El hidrógeno renovable ofrece varias ventajas sobre otras soluciones energéticas, como la electrificación mediante baterías, especialmente en el transporte marítimo:

• • Ofrece una solución valiosa para operaciones que requieren mucha energía (alto tonelaje y/o largo alcance), donde las baterías no pueden llegar.

• • Sostenibilidad y Reducción de Emisiones. Como fuente de energía libre de carbono, el hidrógeno renovable contribuye directamente a la reducción de emisiones de gases de efecto invernadero asociados al funcionamiento de estos medios de transporte.

• • Se trata de una tecnología probada. La creación de una cadena logística eficiente que facilite su producción en altos volúmenes permitirá que sea un combustible competitivo.

Uso del Metanol en la descarbonización del transporte marítimo

El metanol, enfocado como combustible naval, ha ganado importantes adeptos en la industria del transporte marítimo, actualmente inmersa en la búsqueda de opciones respetuosas con el medio ambiente. Esto se debe a la entrada en vigor de las nuevas normas medioambientales y transición energética de la OMI (Organización Marítima Internacional) obligan a reducir la intensidad del carbono del transporte marítimo internacional en al menos un 40 % para 2030 comparado con los niveles de 2008 y en al menos de un 70 % para 2050.

El metanol es una sustancia química con grandes propiedades para la transmisión de energía. Se espera que el mercado global de metanol crezca de los 28.740 millones de dólares hasta los 39.180 millones.

En el caso de la compañía danesa Maersk, recientemente anunció la construcción de ocho grandes barcos impulsados por metanol biofuel. Se denomina metanol renovable a aquel que se produce de forma renovable y sin generar emisiones, siendo una de sus variantes generada a partir de hidrógeno renovable. El metanol o alcohol metílico (CH₃OH) es un compuesto químico con alta demanda por sus múltiples aplicaciones: como disolvente, en materiales de construcción y en la producción de combustibles sintéticos.

Pilas de combustible de metanol e hidrógeno: Como alternativa más limpia a los combustibles fósiles, el metanol renovable ofrece importantes beneficios gracias a su facilidad de almacenamiento y transporte, lo que lo convierte en una opción práctica para diversos sistemas energéticos. Con los avances tecnológicos, como las pilas de combustible reformadoras y PEM, se maximizan la eficiencia y la producción de energía del metanol, allanando el camino hacia un futuro con bajas emisiones de carbono. Como se prevé que la producción mundial aumente drásticamente, la transición hacia fuentes renovables de metanol mejorará aún más sus ventajas medioambientales.

El metanol renovable, el que utiliza solo fuentes de energías renovables en el proceso se puede dividir en:

• • Biometanol: se produce a partir de la gasificación de fuentes sostenibles de biomasa, como restos ganaderos, agrícolas y forestales y residuos urbanos.

• • E-metanol: se produce a partir de hidrógeno producido con electricidad renovable y de dióxido de carbono.

Ventajas en el uso del metanol:

• • Evitar impuestos sobre el carbono: los impuestos sobre el diésel pueden oscilar entre los 250 y 450 $ por tonelada de CO₂.

• • Sostenibilidad: la incorporación de buques de metanol generará un ahorro anual de emisiones de CO₂ de alrededor de 1 millón de toneladas.

• • El metanol es biodegradable y se disuelve en agua.

• • Disponibilidad: el metanol es una de las sustancias químicas más utilizadas en el mundo y está disponible para abastecimiento de combustible en 88 de los 100 puertos más importantes del mundo.

Motores de combustión de metanol

Motor MAN 6L21/31DF-M

Man Energy Solutions ha lanzado motores de combustible dual-metanol (MAN 6L21/31DF-M). Estos sistemas se integrarán en un sistema de propulsión diésel eléctrico a bordo del barco, impulsado por dos hélices de paso fijo a través de cajas de cambios. Los motores serán construidos por CMP, una división de fabricación de motores de la Corporación Estatal de Construcción Naval de China (CSSC).

A.P. Moller – Maersk adaptará un barco existente a un buque de motor de combustible dual que pueda ser propulsado por metanol y, por lo tanto, podrá navegar con metanol verde, siendo el primero en la industria del transporte marítimo en realizar esta modificación. La primera reconversión (retrofit) de motor de este tipo en la industria está programada para realizarse a mediados de 2024 y se pretende replicar en embarcaciones hermanas cuando se realice su inspección programada en 2027.

Motor M2Power 250 PowerCell Group

El innovador sistema de propulsión M2Power combina la propulsión del metanol con la tecnología de pilas de combustible, lo que simplifica la descarbonización al generar hidrógeno limpio para una integración perfecta del sistema en la embarcación. Es un sistema desarrollado por la empresa sueca, en colaboración con RIX Industries, que proporciona 250 kW de electricidad eficiente, confiable y respetuosa con el medio ambiente para aplicaciones marinas. Esta solución está diseñada para reemplazar los grupos electrógenos diésel marinos tradicionales y ofrece una experiencia totalmente integrada para una transición fluida hacia las cero emisiones.

El M2Power es una solución revolucionaria para la generación de energía en el entorno marítimo, ya que ofrece una eficiencia y facilidad de integración incomparables. Con un enfoque en la seguridad, el rendimiento y la sostenibilidad, el generador establece un nuevo estándar para la electrificación marina, allanando el camino hacia un futuro más ecológico. La materia prima de combustible está formada por una mezcla de 2,5 % de metanol, 37,5 % de agua desionizada en peso (+/-0,5 %) y destaca por su alta eficiencia energética. El M2Power 250 convierte el metanol de manera eficiente en energía limpia, superando a los motores de combustión interna convencionales. Convierte el 40-45 % de la energía del metanol en electricidad. La eficiencia es aún mayor si el calor residual del enfriamiento de las celdas de combustible se utiliza en el sistema de gestión térmica del buque.

El M2Power 250 ha recibido la Aprobación en Principio (AiP) de DNV GL, lo que confirma su cumplimiento con los estándares de la industria y las regulaciones ambientales, lo que lo convierte en una solución confiable e innovadora para la generación de energía marítima sostenible.

Características principales de los barcos propulsados por metanol

Las principales características que destacar de esta tecnología son:

• • Un buque de metanol puede funcionar más de 60.000 horas utilizando solo metanol combustible.

• • Se trata de una tecnología en desarrollo. Avances tecnológicos respecto al sistema de tuberías, o las válvulas de inyección están ayudando a generar soluciones cada vez más eficientes.

• • Permiten cumplir con la norma OMI 2020. Desarrollada por la Organización Marítima Internacional (OMI) para tratar de reducir en un 0,50 % el contenido de azufre en los combustibles marítimos. El sistema de barra metanol permite cumplir con el Nivel III de la OMI 2020 sin necesidad de aplicar gases de escape después del tratamiento.

• • Motores versátiles. Las soluciones actuales suponen motores de dos tiempos, que funcionan tanto con metanol como con combustibles para barcos convencionales.

Casos de uso y proyectos en desarrollo

El potencial del hidrógeno renovable en el transporte marítimo se refleja en numerosos proyectos piloto y estudios de caso en todo el mundo. A continuación, destacamos algunos de los proyectos más innovadores que están sentado las bases para una futura adopción masiva del hidrógeno en estos sectores.

MF Hydra

Es el el primer ferry del mundo propulsado por hidrógeno líquido operado por la compañía noruega Norled (Noruega). Se puso en funcionamiento el 31 de marzo de 2023, suponiendo un hito histórico, tanto para Norled como para Noruega como nación líder en el transporte marítimo. MF Hydra cubre la ruta triangular marítima entre Hjelmeland-Skipavik-Nesvik.

La compañía alemana Linde Engineering suministró los sistemas de almacenamiento del hidrógeno a bordo. Ballard ha desarrollado las pilas de combustible que producen electricidad a partir del hidrógeno. Westcon en Ølensvåg fue responsable de equipar y completar el buque junto con el integrador de sistemas SEAM de Karmøy. Seam también suministró el alcance de automatización para el sistema de propulsión con hidrógeno. La empresa Corvus Energy ha sumistrado las baterías para el MF Hydra y el buque ha sido aprobado por Det Norske Veritas (DNV).

El MF Hydra tiene 82,4 metros de largo con una capacidad de hasta 300 pasajeros y 80 automóviles. Podrá alcanzar una velocidad de 9 nudos con celdas de combustible de 2×200 kW y generadores y 2×440 kW que alimentarán los propulsores Shottel.

El ferry está equipado con un tanque de 80 metros cúbicos para almacenar hidrógeno y se espera que reduzca sus emisiones anuales de carbono hasta en un 95 %.

Naviera Maersk

La naviera danesa Maersk realizó en septiembre de 2023 en el puerto de Copenhague la botadura del primer carguero en el mundo propulsado por metanol verde. El nuevo portacontenedores, encargado en 2021, tiene dos motores: uno impulsado por combustibles tradicionales y otro que funciona con metanol verde, un componente alternativo que utiliza biomasa o carbono e hidrógeno capturados a partir de energía renovable. En la práctica, el nuevo barco emite 100 toneladas de dióxido de carbono menos al día en comparación con los barcos que funcionan con diésel.

En paralelo con la botadura de este barco, Maersk, junto con su familia fundadora, ha establecido una nueva empresa llamada C2X que tiene como objetivo producir metanol verde. La nueva empresa está explorando proyectos de metanol verde cerca del Canal de Suez en Egipto, el puerto de Huelva, EEUU, India y Australia. C2X, que es propiedad en un 80 % de la empresa de inversión familiar y en un 20 % de la empresa pública de Maersk, tiene previsto producir tres millones de toneladas de metanol verde al año para 2030.

Como se ha señalado anteriormente, la compañía danesa Maersk ha anunciado la construcción de ocho grandes barcos impulsados por metanol biofuel.

Perspectivas Futuras y Conclusión

El hidrógeno renovable tiene un potencial para revolucionar el transporte marítimo en los próximos años. A medida que los costos de producción de hidrógeno renovable disminuyan y la infraestructura de reabastecimiento se expanda, se espera que el hidrógeno renovable compita en condiciones más favorable frente a los combustibles fósiles y otras soluciones energéticas.

El interés por la producción de metanol verde abre una nueva oportunidad de crecimiento al sector de hidrógeno verde para la generación de e-metanol. Por lo tanto, grandes multinacionales como la naviera danesa Maersk van firmando compromisos de producción de hidrógeno verde para la generación de e-metanol con el que ir descarbonizando su flota de transporte de mercancías marítimas.

En conclusión, el hidrógeno renovable y el e-metanol representa una solución viable y sostenible para los desafíos de descarbonización en el transporte marítimo. Son necesarias una combinación de innovación tecnológica, apoyo gubernamental y compromiso de la industria naviera para lograrlo.