Proyecto FONDECYT UAI indagará en el rol del hidrógeno verde para descarbonizar y descontaminar demandas térmicas de Temuco y Padre Las Casas

El estudio se extenderá por 3 años a cargo de Francisca Jalil, investigadora del Centro de Transición Energética (CENTRA) de la Facultad de Ingeniería y Ciencias de la Universidad Adolfo Ibáñez, y utilizará modelos matemáticos de optimización aplicados al territorio nacional y a las ciudades de Temuco y Padre Las Casas, en la Región de La Araucanía.

Un proyecto financiado por el Fondo Nacional de Desarrollo Científico y Tecnológico (Fondecyt) se realizará entre 2022 y 2024, a cargo de Francisca Jalil, investigadora del Centro de Transición Energética (CENTRA) de la Facultad de Ingeniería y Ciencias de la Universidad Adolfo Ibáñez. La iniciativa busca explorar la factibilidad del uso del hidrógeno verde como vector energético para suministrar demandas térmicas (calefacción y agua caliente), utilizando como caso de estudio las ciudades de Temuco y Padre Las Casas, emplazamientos poblacionales con las tasas más alta de contaminación atmosférica por uso de leña.

De acuerdo al 2021 Air Quality Report (IQAir), de las 10 ciudades más contaminadas de Latinoamérica y El Caribe, Chile cuenta con al menos 7 ciudades, las que principalmente se ubican al sur de nuestro país (Angol, Padre Las Casas, Coyhaique, Coronel, Temuco y Nacimiento). Sin duda aquellas con alto consumo de leña contribuyen a elevar las emisiones de material particulado 2.5, y ya analizan alternativas costo-efectivas que permitan reemplazar otras fuentes de energía y calefacción. La leña es considerada carbono neutra, por lo que no incidiría en el cambio climático, no obstante sí emite material particulado, afectando la salud de las comunidades.

Por otro lado, el cambio climático es uno de los grandes desafíos a los que se enfrentan diversas regiones globalmente. Chile ha establecido su compromiso de llegar a la carbono neutralidad al 2050, que implica reducir sus emisiones de CO2, y de reducir sus emisiones de carbono negro en un 25% con respecto a los niveles del 2016 durante la próxima década, lo que implica la reducción de material particulado 2.5. No obstante, las demandas térmicas son unos de los servicios energéticos más urgentes y complejos de descarbonizar a nivel global, ya que se requieren cambios profundos en la infraestructura para alejarse de su provisión histórica mediante combustibles fósiles a nivel global, y mediante leña a nivel nacional.

Francisca Jalil cuenta con amplia trayectoria en la investigación de esta materia y de hecho, terminó su doctorado en la descarbonización de los sistemas urbanos de Reino Unido en el año 2018. "El objetivo es identificar alternativas tecnológicas y compatibles con la identidad socio-cultural de algunas comunidades, además de los costos de un eventual cambio y la aplicación de políticas acordes. Siempre hay que insertarse en un contexto y considerar factores como el clima, la densidad de demandas, los recursos disponibles, el consumo de energía doméstico e industrial, además de elementos socioculturales", sostiene.

La especialista asegura que muchas veces lo más costoso para suministrar demandas térmicas son las redes de distribución de los energéticos, y la absorción de su costo depende, entre otras, de la densidad poblacional en el área de estudio. "Si bien Chile puede tener ventajas en cuanto al costo de producción del hidrógeno verde por el alto recurso solar y eólico, persiste un debate acerca de los costos asociados a su trasporte. Quizás en ciudades como Punta Arenas, con alto uso y redes de gas natural, el hidrógeno verde sea una buena alternativa para uso doméstico, no obstante existen otras variables culturales en ciudades como Temuco que hacen predecible cierta resistencia en la transición energética".

En el caso de Chile, un 38% del total de la demanda energética residencial es provista por la combustión de la leña para proveer demandas térmicas. Esto implica un desafío, ya que se requiere reducir el uso de esta fuente baja en CO2, para reducir las emisiones de carbono negro (material particulado), y a la vez no incrementar las emisiones de gases de efecto invernadero. El hidrógeno verde ha emergido como una alternativa para descarbonizar las demandas térmicas, y las condiciones geográficas de Chile podrían permitir su producción barata vía electrólisis del agua alimentada por energía solar y eólica.

Pese a este escenario, falta evidencia científica acerca de cómo sería una cadena de suministro de hidrógeno verde en Chile, y sus implicancias económicas y medioambientales. "Estas cadenas se pueden desagregar en distintas componentes, y varias posibles tecnologías para cada componente. Dada el alto número de combinaciones posibles, se pueden utilizar modelos de optimización de cadenas de suministro de hidrógeno, que son herramientas que permiten evaluar múltiples configuraciones simultáneamente, dependiendo de los recursos locales y usos finales", puntualiza Francisca Jalil.

La investigadora añade que falta evidencia de modelos espacialmente explícitos que minimicen los costos de las cadenas de suministro de hidrógeno, que incorporen explícitamente la infraestructura y tecnologías asociadas al uso de agua – junto con el resto de las componentes en una cadena de suministro de hidrógeno – y que puedan estimar las huellas hídricas y de carbono. Esto es crucial en un país como Chile, donde el hidrógeno verde podría ser producido en zonas de escasez hídrica.

Con respecto  a la descarbonización de las demandas térmicas urbanas, la literatura discute varias alternativas, como las redes de calor distrital, el cambio a combustibles bajos en carbono (como el hidrógeno), y la electrificación del calor por medio de bombas de calor, entre otras. Los modelos urbanos de energía permiten comparar estas alternativas y sus combinaciones, siendo capaces de representar las interrelaciones entre el suministro energético, la infraestructura de las redes, y las tecnologías de uso final, junto con sus costos e impactos ambientales. A la fecha, no se ha encontrado en la literatura un modelo que pueda comparar sistemáticamente estos elementos a altas resoluciones espaciales, incluyendo explícitamente las redes e infraestructura de gas, biomasa, calor distrital, solar térmica, e hidrógeno, y que consideren los gases de efecto invernadero, contaminación de aire, y huellas hídricas.