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Uso final de los recursos bajos en carbono
# Presentación
La evaluación de la oportunidad de descarbonización de toda la economía y del conjunto de vías posibles para lograr bajas emisiones de carbono debe incluir necesariamente un análisis de los procesos de toma de decisiones de los usuarios finales de la energía en relación con sus necesidades energéticas. Este análisis debe basarse en la comprensión de la gama de dispositivos, equipos y procesos de uso final en cada sector del mercado. Algunos de los factores que deben tenerse en cuenta, además del coste de la energía, son la eficiencia de la conversión energética, el impacto en la vida útil de los equipos, la comodidad y la conveniencia en el punto de uso, el impacto en la calidad de los productos, los riesgos para la salud, la seguridad y el medioambiente, el coste del capital inicial y el riesgo de activos en desuso, todo esto con el fin de diseñar de forma adecuada el potencial de adopción de posibles vías para lograr bajas emisiones de carbono.
Debido a la complejidad e interacción de estos factores, las vías de descarbonización variarán de forma significativa entre los sectores del mercado, a nivel regional dentro de los sectores y entre los subsectores del mercado. En última instancia, las preferencias y los costes de los clientes impulsarán las decisiones de compra e inversión que definirán, en conjunto, el ritmo de descarbonización de toda la economía. En consecuencia, se necesitarán estrategias con base en el mercado para impulsar la adopción de vías para lograr la baja emisión de carbono, y las consideraciones políticas que establecen e influyen en estas estrategias se integrarán en las iniciativas de este TSC.
Teniendo esto en cuenta, el TSC de uso final de la LCRI ha abordado el análisis del panorama de las vías y tecnologías de descarbonización con base en la AEC desde una perspectiva de segmentación de clientes y de aplicación de la energía final. La tarea se divide en tres grandes sectores de uso final: construcción, transporte e industria. La figura 24 ofrece un desglose de las aplicaciones específicas que se están considerando en la actualidad en cada uno de estos sectores. Se han elaborado evaluaciones detalladas del panorama de los recursos con bajas emisiones de carbono para cada uno de estos segmentos y subsegmentos del mercado, y se han utilizado para elaborar esta hoja de ruta.
En cada caso se identificaron los usos finales más significativos de los combustibles fósiles en cada sector (es decir, los que tienen la mayor huella de carbono), y este TSC los priorizó para evaluar el potencial de descarbonización en términos de:
el estado actual de las principales tecnologías con baja emisión de carbono y los obstáculos clave para su aplicación;
la posición relativa en el mercado de las vías de la AEC con respecto a otras opciones competitivas de descarbonización (por ejemplo, la electrificación directa);
las brechas en el conocimiento y la comprensión de las tecnologías de uso final que deben superarse a través de la investigación, el desarrollo y la implementación (I+D+D) para lograr las metas de descarbonización profunda;
las principales áreas de interés para la futura investigación sobre el uso final de la AEC expresadas por los asesores y las principales partes interesadas.
En las siguientes secciones se ofrece una caracterización más detallada de las vías de descarbonización que compiten entre sí y de las brechas en la investigación correspondientes a los enfoques con base en la AEC para los sectores de la construcción, el transporte y la industria.
# Transporte
El interés de la investigación de la LCRI en el transporte abarca la amplia variedad de métodos para llevar o transportar bienes y personas. El transporte representa aproximadamente el 17 % de las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) en todo el mundo y es el sector que más emite de la economía de los Estados Unidos (WRI, 2021). Hoy en día, el sector del transporte depende casi por completo de los combustibles derivados del petróleo, aunque existe un notable uso de biocombustibles y un pequeño, pero creciente, uso de la electricidad. Aunque se prevé que las continuas mejoras de la eficiencia y la electrificación de ciertos modos de transporte contribuyan a la reducción de las emisiones, el cambio de combustible a las AEC probablemente desempeñará un papel fundamental para permitir una profunda reducción de las emisiones de carbono en todo el sector del transporte.
Respecto al futuro, la electrificación parece ser una opción de descarbonización muy alentadora para la mayoría de los vehículos ligeros. Es probable que la mayoría de los vehículos medianos y pesados en uso sean técnicamente susceptibles de electrificar, pero la electrificación será un desafío como solución para los segmentos del mercado del transporte que requieren mayores alcances o cargas útiles más pesadas debido a la densidad energética relativamente baja de las baterías. El peso, el volumen y los tiempos de abastecimiento de las AEC ofrecen ventajas para estas necesidades de transporte. Las aplicaciones específicas que entran en esta clase incluyen:
el transporte marítimo;
la aviación;
los camiones y autobuses de larga distancia con alta intensidad de carga; y
el ferrocarril, en especial para rutas de larga distancia con una menor utilización de la red (por ejemplo, el flete por ferrocarril).
Hasta el momento, se han realizado importantes esfuerzos en todo el mundo en torno a los sistemas de transmisión eléctricos con celda de combustible de hidrógeno para vehículos en usos medianos y pesados, y varios fabricantes de vehículos están desarrollando ofertas comerciales. Solo en China ya están en funcionamiento más de mil camiones y vehículos de reparto con celdas de combustible, y está previsto que para el año 2025 haya miles de autobuses eléctricos con celdas de combustible (IEA, 2019b). Los combustibles de sustitución que reemplazan el uso de gas natural licuado de origen fósil por gas natural renovable (GNR) o gas natural sintético (GNS) o que sustituyen el diésel convencional por biodiésel son también soluciones potenciales de descarbonización para este segmento de mercado.
En el ámbito marítimo, el metanol y los biocombustibles, como el aceite vegetal/biodiésel hidrotratados, se encuentran en una fase temprana de implantación comercial, mientras que los sistemas de propulsión marina alimentados con amoniaco e hidrógeno se encuentran en fases más tempranas de desarrollo. En el segmento ferroviario, una pequeña cantidad de trenes con celda de combustible de hidrógeno operan en Europa en la actualidad, y varios países han anunciado planes para desarrollar e implementar trenes alimentados por hidrógeno. Los biocombustibles y los combustibles sintéticos son posibles sustitutos del diésel en las rutas ferroviarias no eléctricas existentes, pero la experiencia en el uso de estos combustibles en el sector ferroviario ha sido limitada hasta la fecha.
# Preguntas clave de la investigación
Durante el transcurso de la LCRI, el TSC pretende abordar las siguientes preguntas de investigación:
¿Qué AEC serán adoptadas por los fabricantes y usuarios finales en el sector del transporte? ¿Cuáles son las necesidades de formación, desarrollo de la mano de obra y educación de los clientes para permitir su adopción generalizada?
¿Cómo y en qué medida se puede readaptar la tecnología de los motores y de los sistemas de almacenamiento y suministro integrado de combustible y la infraestructura de abastecimiento de combustible existentes para dar cabida a las AEC de no sustitución directa?
¿Cuál es la posibilidad técnica y económica relativa de las vías de descarbonización que compiten en el sector del transporte? ¿En qué aplicaciones se espera que las AEC sean más competitivas?
¿Cuáles son las características de coste y rendimiento y los impactos operativos de la adopción de las AEC en los distintos segmentos del mercado del transporte?
¿Cuáles son los costes y los desafíos para la implementación de las estaciones de abastecimiento/las estaciones de recarga alternativas y la infraestructura de suministro de combustible? ¿Cómo deberían implementarse las estaciones de abastecimiento para proporcionar una cobertura suficiente para los patrones de uso y los combustibles alternativos previstos?
# Metas de la investigación
A continuación se presenta un resumen del esfuerzo de investigación propuesto y de las metas asociadas.
# Meta 1. Comprender los costes y las características técnicas de los vehículos que utilizan combustibles con AEC
Estrategia 1: Analizar el coste y el rendimiento relativos de una gama completa de vehículos que utilizan combustible con AEC (es decir, sistemas de transmisión y combustibles alternativos para el transporte en uso y no destinado al transporte) en función de los perfiles operativos, los casos de uso y las capacidades de carga, entre otras consideraciones.
Estrategia 2: Evaluar los impactos medioambientales, de la salud y la seguridad en cuanto a la adopción de combustible bajo en carbono.
# Meta 2. Comprender las características técnicas y la trayectoria de implementación de las estaciones de abastecimiento con AEC
Estrategia 1: Analizar el coste y los desafíos de la implementación de las estaciones/sitios de abastecimiento de combustible con AEC y la infraestructura asociada para aplicaciones de vehículos en uso y no destinados al transporte.
Estrategia 2: Llevar a cabo un modelado para caracterizar los panoramas de implementación de la infraestructura de abastecimiento de combustible con AEC con el fin de lograr una cobertura suficiente para los patrones de uso y los combustibles previstos.
# Meta 3. Identificar, evaluar y promover las tecnologías de alta prioridad
Estrategia 1: Identificar las vías de descarbonización más competitivas para cada segmento del mercado del transporte.
Estrategia 2: Evaluar y supervisar los esfuerzos de I+D+D en curso para las vías prioritarias con base en la AEC y abordar las brechas críticas de la investigación mediante los esfuerzos de desarrollo y demostración.
# Áreas de investigación conjuntas con otros subcomités técnicos
A continuación se enumeran las áreas en las que será necesaria la investigación conjunta con otros TSC y la integración de sus actividades.
La colaboración con los TSC de producción de la AEC informará sobre las consideraciones de suministro, como los costes previstos y la disponibilidad.
El TSC de suministro y almacenamiento proporcionará información clave sobre la infraestructura de distribución y almacenamiento de la AEC y las prácticas de manipulación seguras, en particular en lo que respecta a los sitios/estaciones de reabastecimiento.
# Industria
A nivel mundial, el 79 % de la energía final industrial deriva de los combustibles fósiles, el 56 % de los cuales se utiliza para los insumos de energía de proceso directo, mientras que el 44 % restante es materia prima para la producción de otras sustancias químicas o intermedias (McKinsey, 2020). En 2016, la actividad industrial dio como resultado 17 078 MMt de CO2e o el 29,4 % de las emisiones anuales de GEI a nivel mundial, de las cuales 2567 MMt de CO2e fueron liberadas por reacciones químicas durante el proceso (WRI, 2021).
# Aplicaciones de calentamiento de procesos
En la actualidad, los combustibles fósiles se utilizan ampliamente en aplicaciones industriales para suministrar calentamiento a los procesos. En los EE. UU., la actividad industrial representa el 20 % del consumo de energía de toda la economía y más de una cuarta parte de todas las emisiones de CO2 relacionadas con la combustión. Las tecnologías de calentamiento y con caldera de vapor mediante procesos directos con combustibles fósiles están profundamente integradas en estos procedimientos y constituyen el 57 % de todo el uso de energía final industrial (EIA, 2021). La combinación de calor y electricidad y las soluciones avanzadas de recuperación de calor son respuestas que podrían implementarse, en principio, como tecnologías de transición que reducen el consumo de energía fósil. Además, en determinados casos, estos procesos podrían descarbonizarse de forma rentable mediante tecnologías eléctricas como el calentamiento por resistencia, rayos infrarrojos, inducción y radiofrecuencia, el procesamiento iniciado por microondas y rayos ultravioleta y la intensificación de procesos (EPRI, 2021b).
Las AEC también pueden ofrecer soluciones competitivas para descarbonizar las aplicaciones de calor de los procesos industriales. Entre los ejemplos de usos que podrían aplicarse de forma competitiva se encuentran los que requieren grandes volúmenes de vapor a alta presión, como el secado de papel, el reformado de gas natural para el hidrotratamiento de productos petrolíferos, los insumos térmicos de los procesos químicos, la cocción de alimentos y bebidas, la esterilización y pasteurización, y la generación de energía en las acerías.
# Aplicaciones con relación a las materias primas
En la actualidad, las AEC se utilizan como materias primas o se exploran como materias primas sustitutivas para una variedad de sectores industriales. Por ejemplo, los sectores del refinado de petróleo y la producción química dominan la demanda actual de hidrógeno, que se suministra mediante rutas de producción con base en combustibles fósiles y con alto contenido en carbono, como el SMR o la gasificación del carbón. Este suministro de hidrógeno podría descarbonizarse sustituyendo el hidrógeno completo, derivado de los combustibles fósiles por hidrógeno con bajas emisiones de carbono generado por electrólisis alimentada por energía limpia o por SMR con CCS. Además, están surgiendo nuevas aplicaciones industriales de materias primas de las AEC para sustituir a los actuales insumos intensivos en carbono. Por ejemplo, un nuevo proceso de fabricación de acero permite sustituir los gases reductores derivados del carbón de coque por el hidrógeno como agente reductor.
# Emisiones de dióxido de carbono relacionadas con el proceso
En algunos sectores industriales, una proporción importante de las emisiones de CO2 se debe a la liberación durante las reacciones químicas relacionadas con el proceso. Un ejemplo son las emisiones globales de proceso de la producción de clínker en la industria del cemento que se traducen en 1500 MMt de CO2 por año, o el 3 % del total de las emisiones de carbono a nivel mundial (Hasanbeigi, 2019). Del mismo modo, la reducción del hierro da lugar a la liberación de 1100 MMt de CO2 por año, o el 2,2 % de las emisiones a nivel mundial (worldsteel 2020a)[1] Las emisiones de CO2 relacionadas con procesos similares se producen en diversos procesos de la industria petrolera y química. En algunos casos, un flujo de CO2 muy concentrado puede hacer viable una solución de CCS, incluida la captura de cualquier otra emisión del lugar, como las procedentes de la combustión. Asimismo, debería evaluarse el uso de CO2 capturado en una variedad de productos finales en estas industrias como un enfoque de economía circular para la descarbonización. Por ejemplo, se han desarrollado ciertas químicas de cemento Portland que utilizan CO2 en el proceso de curado.
# Preguntas clave de la investigación
Durante el transcurso de la LCRI, el TSC de uso final pretende abordar las siguientes preguntas de investigación.
¿Qué AEC serán aceptadas y adoptadas sin problemas por los procesos industriales debido a la relativa facilidad de transición (es decir, la compatibilidad “de sustitución directa”), incluida la consideración de las consecuencias para la salud, la seguridad y el medioambiente?
¿Cuáles son las barreras tecnoeconómicas específicas de la aplicación para el uso de AEC en el calentamiento de procesos o como materia prima química? ¿Cuál es el potencial tecnoeconómico del hidrógeno, de las combinaciones de hidrógeno y gas natural y de otras vías de AEC para lograr la competitividad con una variedad de tecnologías de electrificación directa para el suministro de calor de procesos industriales?
¿Qué modificaciones de los equipos son necesarias para sustituir los combustibles fósiles por alternativas bajas en carbono en las calderas de vapor, los hornos y calentadores de combustión directa, los accionamientos de los compresores de las turbinas de gas y los sistemas combinados de calor y electricidad?
¿Cuáles son los posibles problemas medioambientales derivados de la producción y combustión de hidrógeno, amoniaco u otros combustibles alternativos de baja emisión de carbono para las aplicaciones industriales, como el aumento de las emisiones de óxidos nitrosos (NOx)? ¿Cuál es la eficacia relativa de las posibles tecnologías de mitigación, como la CCS, la reducción catalítica o la fricción?
¿Cuál es la demanda regional de las AEC en función de las concentraciones geográficas actuales y futuras previstas de industrias específicas?
¿Cuál es el potencial tecnoeconómico para el secuestro del CO2 de proceso capturado en materiales industriales como el hormigón?
¿Cuál es el potencial tecnoeconómico de los procesos de producción alternativos que eliminan las emisiones de CO2 del proceso, como la electrólisis del mineral de hierro y la reducción directa del hidrógeno en el sector siderúrgico?
¿Cuál es el rendimiento energético (es decir, la eficacia y la eficiencia) del uso de la energía térmica procedente de las AEC alternativas en los sistemas de combustión industrial para el calentamiento de procesos, la combinación de calor y electricidad y los accionamientos de máquinas?
# Metas de la investigación
A continuación se presenta un resumen del esfuerzo de investigación propuesto y de las metas asociadas.
# Meta 1: Identificar las vías competitivas de descarbonización
- Estrategia 1: Desarrollar un análisis de las vías de descarbonización que se integren en toda la cadena de suministro/eliminación de combustible y CO2 para ofrecer costes de combustible específicos en los centros industriales.
# Meta 2: Realizar evaluaciones sobre el impacto
Estrategia 1: Evaluar el impacto del cambio de los combustibles convencionales a las AEC en los usos finales industriales existentes (por ejemplo, calderas, altos hornos, calentadores, hornos, turbinas y motores).
Acción: Identificar y evaluar el impacto sobre los materiales, el rendimiento de los equipos y las operaciones.
Acción: Examinar una amplia gama de las AEC y combinaciones en comparación con los combustibles actuales y las alternativas eléctricas.
# Meta 3: Desarrollar evaluaciones tecnoeconómicas para la readaptación de equipos y para equipos nuevos.
Estrategia 1: Investigar la reutilización segura y rentable de los activos existentes con trenes de combustible a combustión rediseñados y configuraciones de quemadores
Acción: Identificar los materiales, los equipos y las tecnologías de readaptación rentables necesarios para prolongar la vida útil de los activos existentes con el uso de las AEC.
Acción: Evaluar la viabilidad técnica y económica de la implementación de las tecnologías de readaptación.
Estrategia 2: Investigar el desarrollo seguro y rentable de nuevas tecnologías diseñadas para utilizar las AEC
Acción: Evaluar los nuevos materiales, equipos y tecnologías necesarios para sustituir los activos existentes, ampliar la capacidad o desarrollar tecnologías de proceso completamente nuevas compatibles con las AEC.
Acción: Evaluar la viabilidad técnica y económica de los nuevos activos compatibles con las AEC.
# Meta 4: Identificar y dirigir las iniciativas para acelerar el desarrollo tecnológico avanzado
Estrategia 1: Identificar y evaluar las tecnologías emergentes que podrían dar lugar a aplicaciones competitivas en costes de las AEC
Acción: Supervisar las nuevas tecnologías para identificar materiales y procesos innovadores.
Acción: Dar prioridad a posibles demostraciones de banco o a pequeña escala para evaluar la viabilidad y acelerar la adopción a medida que surgen las tecnologías.
# Áreas de investigación conjuntas con otros subcomités técnicos
A continuación se enumeran las áreas en las que será necesaria la investigación conjunta con otros TSC y la integración de sus actividades.
Será necesaria la colaboración con los TSC de procesos electrolíticos, procesos basados en hidrocarburos y de suministro y almacenamiento para comprender los atributos físicos específicos de las AEC suministradas que son críticos para los usuarios finales, como la pureza, los requisitos de temperatura y presión y la fase física.
Se requerirá información sobre los costes y la logística de la producción, el almacenamiento y el suministro de combustible para llevar a cabo un análisis tecnoeconómico de la competitividad de los costes de cada una de las vías de las AEC y para determinar los usos finales más beneficiosos para toda la economía, como medio para priorizar la investigación futura.
Los esfuerzos conjuntos con el TSC de generación de energía se centrarán en las consideraciones sobre los equipos de uso final (por ejemplo, calderas, motores alternativos, turbinas de gas), como la compatibilidad y confiabilidad de los materiales y procesos.
# Edificios comerciales y residenciales
El sector de los edificios representa el 28 % de las emisiones mundiales de CO2 que se relacionan con la energía, un aumento de más del 25 % desde 2000, y un 30 % del uso final de la energía a nivel mundial. El acondicionamiento de espacios (es decir, la calefacción y la refrigeración), el calentamiento del agua y la cocina representan más del 75 % de la demanda de energía en los edificios, lo que hace que estas aplicaciones sean el principal foco de atención para la reducción de las emisiones de GEI en este sector (IEA, 2019d).
La descarbonización en curso de la red eléctrica crea oportunidades para que las tecnologías de electrificación contribuyan a un futuro bajo en carbono, tanto en los edificios nuevos como en los readaptados. También se espera que las mejoras en la eficiencia, impulsadas por los avances en la iluminación y los electrodomésticos, las tecnologías de aislamiento y acondicionamiento de espacios y otras medidas avanzadas de conservación, como las energías renovables integradas en los edificios y las soluciones de almacenamiento de energía, las readaptaciones energéticas profundas y la digitalización/herramientas avanzadas de respuesta a la demanda contribuyan a la reducción de la huella de los GEI de los edificios, y mitiguen los picos de carga estacionales. Las ubicaciones fijas altamente distribuidas y la demanda predecible de los usos finales de la energía en el sector de los edificios permiten la existencia de redes de distribución fijas competitivas tanto para el gas natural como para la electricidad en la calefacción de espacios y de agua, los sistemas de refrigeración y las aplicaciones de cocina.
Con más de la mitad de los hogares y las empresas de los EE. UU. abastecidos por combustibles suministrados (U.S. Census Bureau, 2021), complementar o sustituir estas cargas existentes de gas natural, propano y aceite combustible con alternativas bajas en carbono es fundamental para alcanzar las metas de descarbonización. Se está estudiando la aplicación directa de las AEC en edificios residenciales y comerciales para reducir la intensidad de carbono de los actuales usos finales del gas natural y también para desplazar a los sistemas de combustibles líquidos y sólidos de mayor emisión de carbono. Estas vías alternativas con base en combustibles podrían desempeñar un papel importante en la descarbonización de las aplicaciones de los edificios en las que el acondicionamiento de los espacios y el calentamiento del agua son más difíciles o costosos de electrificar, como en las regiones con edificios antiguos o con altos picos de carga de calefacción en invierno (EPRI, 2020). El biometano compatible de “sustitución directa”/GNR o GNS y las fuentes sostenibles de CO2 podrían inyectarse en los gasoductos de gas natural para reducir la intensidad de carbono de los usos finales de este gas.
Las redes de gas natural existentes podrían utilizarse para suministrar hidrógeno que, cuando se combina a niveles relativamente bajos (hasta alrededor del 20 % en volumen), podría utilizarse con seguridad con los equipos de gas existentes en edificios residenciales y comerciales (AHRI, 2021). No obstante, el suministro de un 20 % de hidrógeno en volumen combinado con gas natural solo reduciría las emisiones de CO2 alrededor de un 7 % debido a la menor densidad energética volumétrica del hidrógeno. En cambio, el suministro de hidrógeno puro a través de las redes de gas existentes requeriría una amplia infraestructura y la modificación o sustitución de los aparatos de uso final. Según las características regionales, estos requisitos de uso final pueden ser las condiciones más restrictivas en cuanto a la tolerancia de la combinación del hidrógeno en las redes de gas natural (NREL, 2013), y se necesita seguir trabajando para comprender el impacto a largo plazo del hidrógeno combinado en los sistemas de distribución de gas de los edificios y en los aparatos de gas. También se estudia el suministro de hidrógeno puro como vía para descarbonizar las redes de gas a largo plazo, pero este enfoque requeriría una amplia infraestructura de distribución y la modificación o sustitución de los equipos que utiliza la demanda (EPRI, 2020). En Europa se están desarrollando algunos equipos de uso final para su funcionamiento con hidrógeno puro, pero es necesario seguir trabajando para completar una cartera de productos de equipos alimentados con hidrógeno.
A medida que las empresas de servicios públicos y los usuarios finales dan prioridad a la flexibilidad de la carga de uso final y a la resistencia del sistema energético, es cada vez más importante garantizar la redundancia en el entorno construido. Por eso es fundamental desarrollar e implementar enfoques rentables para la combinación de calor y electricidad, y garantizar que estas tecnologías (por ejemplo, motores fijos, turbinas y celdas de combustible) se diseñen, instalen y funcionen para respaldar las metas de descarbonización de los edificios. Del mismo modo, las tecnologías de almacenamiento de energía en el lugar pueden optimizarse para respaldar las metas de resistencia y mitigar las demandas pico de energía. Todas estas soluciones representan oportunidades para la utilización de las AEC en los edificios y pueden implementarse tanto a escala individual como comunitaria. Además, surgen soluciones de captura distribuidas de carbono que pueden capturar el CO2 directamente de los equipos de combustión de los grandes edificios, lo que puede ofrecer estrategias transitorias de reducción de emisiones para los edificios difíciles de descarbonizar, en especial en los centros urbanos, donde podrían surgir economías de escala para la infraestructura de recogida, distribución y utilización del CO2.
A causa de la extraordinaria diversidad del volumen mundial de edificios, con variaciones en los equipos de uso final, las técnicas de construcción y diseño, la edad y la vida útil restante, las infraestructuras incorporadas/disponibles, las zonas climáticas, los códigos y normas de construcción y los estratos socioeconómicos, se necesitará una amplia cartera de soluciones para afrontar el desafío de la descarbonización de los edificios. Otro problema es la larga vida de los edificios, por ejemplo, la vida media de una vivienda en los EE. UU. es de 130 años (Ianchenko, 2020), lo que significa que la mayor parte del esfuerzo de descarbonización de los edificios en el período hasta el año 2050 involucra a los edificios actuales. Por ello, se aplicarán diferentes soluciones de descarbonización en los edificios existentes con suministro directo de combustibles (por ejemplo, gas natural, propano y aceite combustible) en comparación con los nuevos edificios, cuyas necesidades energéticas pueden cubrirse en mayor medida con la electricidad. En este sentido, este TSC describe dos “ramas” principales de las vías de descarbonización: una vía esencialmente de combustibles y una vía esencialmente eléctrica, en las que las necesidades correspondientes de los edificios y las tecnológicas diferirán aproximadamente de la forma estimada según la figura 25. Si bien se espera que esta última vía desempeñe un papel importante en la descarbonización de los edificios, el foco de la investigación de la LCRI se centrará en las vías que se basen en combustibles.
# Preguntas clave de la investigación
Durante el transcurso de la LCRI, el TSC pretende abordar las siguientes preguntas de investigación.
¿Cuál es el potencial tecnoeconómico del uso de combinaciones de AEC/gas natural y del 100 % de AEC en los edificios para la climatización, el calentamiento del agua y la cocina, y cuál es la competitividad de este enfoque con las vías alternativas de descarbonización de los edificios (por ejemplo, la electrificación, los equipos híbridos de doble combustible)?
¿Qué impacto tendrían las concentraciones variables de gas natural-hidrógeno en los equipos y aparatos que utiliza la demanda? ¿Qué impacto tendrían las distintas composiciones de gas natural-hidrógeno en los equipos, la llama y el escape de los aparatos existentes de gas natural?
¿Qué necesidades de educación/aceptación de los clientes y de formación de los instaladores existen para permitir la adopción de las AEC en los edificios residenciales y comerciales?
¿Qué necesidades de I+D+D existen para generar avances en las tecnologías de captura directa de carbono en los edificios? ¿En qué aplicaciones se posiciona para convertirse en una opción de descarbonización rentable?
¿Qué readaptaciones/modificaciones posteriores a la comercialización de los equipos de uso final existentes en los edificios se necesitan para permitir la utilización de las AEC? ¿Qué readaptaciones o nuevos enfoques de construcción se necesitan para distribuir, almacenar y utilizar el hidrógeno de forma segura dentro de la superficie del edificio?
¿Qué papel podría desempeñar el almacenamiento en el lugar y la utilización de las AEC para garantizar la resistencia y los enfoques eficaces/escalables para la prestación de servicios de red que utiliza la demanda?
¿Cuáles son los pasos que hay que dar para desarrollar enfoques sistémicos, escalables y equitativos para la descarbonización de las viviendas existentes mediante las vías de AEC? ¿Cuáles son las consecuencias económicas, sanitarias, de seguridad y medioambientales de las medidas de descarbonización de los edificios en las comunidades de bajos ingresos y marginadas?
¿Qué nuevas prácticas, códigos y normas de mantenimiento, y tecnologías (por ejemplo, detectores de fugas) deben desarrollarse para garantizar un uso seguro y confiable del hidrógeno en hogares y empresas?
# Metas de la investigación
A continuación se presenta un resumen del esfuerzo de investigación propuesto y de las metas asociadas.
# Meta 1: Desarrollar un marco analítico para identificar las vías de descarbonización para los subsectores de las edificaciones
Estrategia 1: Utilizar una combinación de herramientas analíticas establecidas y personalizadas para enmarcar la amplitud de las opciones de descarbonización de los edificios
Acción: Identificar un conjunto de opciones aplicables y compensaciones (por ejemplo, electrificación beneficiosa, uso directo de las AEC, enfoque híbrido).
Acción: Identificar los problemas regionales, las cargas y demandas energéticas actuales y proyectadas habituales, y otras características.
# Meta 2: Llevar a cabo una evaluación tecnoeconómica de las vías posibles de descarbonización con base en las AEC
Estrategia 1: Desarrollar las condiciones límite y los supuestos para completar la evaluación inicial
Acción: Determinar el coste aproximado de las AEC que se suministren, los costes comparativos de mejora/conversión de las infraestructuras (dentro/en la fase anterior de los edificios), la importancia y la cuantificación de los sistemas energéticos resistentes/eventos “atípicos” (por ejemplo, el clima extremo), y otras cuestiones críticas.
Acción: Cuantificar y comparar los impactos energéticos, de emisiones y de costes en el conjunto segmentado de edificios en un panorama entre 2030 y 2050.
# Meta 3: Identificar y dirigir las iniciativas para acelerar el desarrollo tecnológico avanzado
Estrategia 1: Identificar y evaluar las tecnologías emergentes que podrían dar lugar a aplicaciones competitivas en costes de las AEC
Acción: Supervisar las nuevas tecnologías para identificar materiales y procesos innovadores.
Acción: A medida que surjan las tecnologías, dar prioridad a posibles demostraciones de banco o a pequeña escala para evaluar la viabilidad y acelerar la adopción.
# Áreas de investigación conjuntas con otros subcomités técnicos
A continuación se enumeran las áreas en las que será necesaria la investigación conjunta con otros TSC y la integración de sus actividades.
El TSC de suministro y almacenamiento proporcionará la información necesaria para la distribución segura, la medición y el almacenamiento en las instalaciones de las AEC dentro de los límites de la propiedad de uno o un conjunto de edificios.
La generación de energía a escala de edificios y comunidades requerirá necesariamente la experiencia del TSC de generación de energía para permitir una comprensión más profunda de las consideraciones técnicas de la conversión de las AEC en electricidad o calor en el punto de uso o cerca de él.