Estudio mapea regiones con mayor potencial para la producción y uso de hidrógeno verde en Brasil

Análisis basado en datos municipales identifica siete clusters de producción y diez de consumo y señala la necesidad de infraestructura para conectar polos energéticos e industriales

Por José Tadeu Arantes  |  Agência FAPESP – Un estudio que analizó datos de miles de municipios brasileños identificó regiones con mayor potencial para la producción y el uso de hidrógeno verde, un combustible considerado estratégico para la descarbonización de sectores industriales intensivos en emisiones. La investigación muestra que el país reúne condiciones favorables para desarrollar esta nueva cadena energética, pero también revela un desafío importante: los principales lugares de producción y consumo no coinciden geográficamente, lo que exigirá inversiones significativas en infraestructura de transporte y distribución.

Los resultados fueron publicados en el International Journal of Hydrogen Energy por Celso da Silveira Cachola y Drielli Peyerl. El trabajo fue desarrollado en el Centro de Investigación para la Innovación en Gases de Efecto Invernadero (RCGI), uno de los Centros de Investigación Aplicada (CPA, por sus siglas en portugués) de la FAPESP, con sede en la Universidad de São Paulo (USP), en asociación con Shell Brasil y con apoyo de la Agencia Nacional del Petróleo, Gas Natural y Biocombustibles (ANP).

Según Peyerl, del Instituto de Energía y Ambiente de la Universidad de São Paulo (IEE-USP) y del proyecto “Energy transition through the lens of Sustainable Developments Goals (ENLENS)”, en la Universidad de Ámsterdam, Países Bajos, el objetivo fue responder a una pregunta central para la planificación de la transición energética en el país: “Queríamos identificar qué regiones de Brasil presentan mayor potencial para producir y consumir hidrógeno verde en el contexto de la descarbonización industrial”.

El hidrógeno viene siendo señalado como una de las alternativas más prometedoras para reducir las emisiones en sectores industriales denominados, en inglés, hard-to-abate (difíciles de reducir), es decir, aquellos en los que la descarbonización aún enfrenta grandes obstáculos, ya sea por limitaciones tecnológicas, energéticas o económicas. Entre estos sectores se encuentran la siderurgia, el refinado de petróleo y parte de la industria química. En estas actividades, el hidrógeno puede sustituir combustibles fósiles en procesos de alta temperatura o actuar como materia prima en reacciones químicas.

Cuando se produce por electrólisis del agua, utilizando electricidad proveniente de fuentes renovables, como energía hidroeléctrica, solar o eólica, recibe el nombre de “hidrógeno verde”, ya que prácticamente no genera emisiones de gases de efecto invernadero durante el proceso productivo.

Potenciales clusters de producción de hidrógeno verde en Brasil (imagen: Celso da Silveira Cachola y Drielli Peyerl)

Según Peyerl, la elección de la electrólisis como referencia en el estudio se debe a la consolidación tecnológica de este método: “La electrólisis es una tecnología relativamente madura. Cuando analizamos el desarrollo tecnológico, utilizamos el llamado Technology Readiness Level [Nivel de Madurez Tecnológica]. Y la electrólisis ya se encuentra en un nivel alto de madurez, mientras que otras rutas aún están en etapas experimentales”.

Sin embargo, la investigadora destaca que el hidrógeno no debe considerarse una solución universal para todos los desafíos energéticos. “La transición energética es diversificación. En algunos sectores, el hidrógeno encaja perfectamente, especialmente en procesos industriales difíciles de descarbonizar. En otros casos, la electrificación directa puede ser más eficiente y más barata”, afirma.

Para mapear el potencial de desarrollo de esta tecnología en Brasil, los investigadores reunieron datos de 5.569 municipios para evaluar el potencial de producción y de 2.569 municipios para estimar el potencial de consumo industrial. El análisis consideró seis variables principales: la ubicación geográfica de los municipios, la proximidad a infraestructura energética (red eléctrica, gasoductos y puertos), las emisiones industriales de CO₂, el índice de seguridad hídrica, la incidencia solar y la velocidad media de los vientos.

Esta información fue analizada mediante sistemas de información geográfica (GIS) y técnicas de aprendizaje automático no supervisado, incluidos los algoritmos k-means, hierarchical clustering y DBSCAN. La metodología combinó análisis estadístico y espacial para identificar patrones en el territorio brasileño.

Según Peyerl, el método utilizado se basa en la superposición de distintas capas de información geográfica: “La idea es trabajar con lo que llamamos una metodología en capas. Se crean mapas separados –por ejemplo, de potencial solar, potencial eólico, infraestructura energética o emisiones industriales– y luego se superponen esos mapas para identificar regiones donde varios factores favorables se concentran”. Este procedimiento permite visualizar áreas donde coexisten, por ejemplo, una gran disponibilidad de energía renovable y una alta demanda industrial de descarbonización.

Los resultados mostraron la existencia de siete clusters con alto potencial de producción de hidrógeno verde y diez clusters con mayor potencial de consumo industrial. El Nordeste aparece como la región con mayor capacidad potencial de producción, gracias a la combinación de abundantes recursos de energía solar y eólica. Por su parte, los clusters de consumo se concentran principalmente en las regiones Sur y Sudeste, que albergan gran parte del parque industrial brasileño y registran altos niveles de emisiones industriales. Esta diferencia espacial crea un desafío estructural para el desarrollo de la economía del hidrógeno en el país. “Hoy estamos muy enfocados en la producción, pero necesitamos mirar toda la cadena de valor. El gran desafío es garantizar que el hidrógeno producido realmente llegue a los sectores que lo utilizarán”, subraya Peyerl.

Potenciales clusters de consumo de hidrógeno verde para la descarbonización industrial en Brasil (imagen: Celso da Silveira Cachola y Drielli Peyerl)

Una de las estrategias discutidas por los investigadores para superar esta brecha espacial es la creación de hubs de hidrógeno, es decir, polos industriales donde producción y consumo estén próximos. “Cuando se crea un hub, se produce hidrógeno cerca de las industrias que lo van a utilizar. Esto reduce las pérdidas energéticas y disminuye los costos de transporte”, comenta Peyerl. Según la investigadora, este modelo ha sido discutido en diversos países como una forma de acelerar la adopción del hidrógeno en la industria. Además, la formación de estos hubs puede facilitar la planificación de la infraestructura energética y logística, permitiendo concentrar inversiones en regiones estratégicas.

El estudio también destaca la necesidad de desarrollar nuevos sistemas de transporte y almacenamiento para viabilizar la cadena del hidrógeno en Brasil. Entre las alternativas se encuentran gasoductos adaptados para hidrógeno, transporte marítimo y su conversión en derivados, como el amoníaco verde. “Para largas distancias, muchas veces es preferible convertir el hidrógeno en amoníaco verde, porque ya existe know-how para transportar amoníaco en buques y una infraestructura portuaria adaptada”, señala Peyerl.

Otra cuestión relevante es el costo energético de la producción. La generación de hidrógeno mediante electrólisis requiere grandes cantidades de electricidad renovable, lo que refuerza la importancia de ubicar las plantas productivas en regiones con abundancia de energía solar o eólica.

El estudio refuerza la posición estratégica de Brasil en la transición energética. El país cuenta con una de las matrices energéticas más diversificadas y renovables del mundo. Según el Balance Energético Nacional (BEN), elaborado por la Empresa de Investigación Energética y el Ministerio de Minas y Energía de Brasil, la participación de las principales fuentes en la matriz energética brasileña es la siguiente: petróleo y derivados (34,3 %); biomasa de caña de azúcar (etanol y bagazo) (18,0 %); hidroeléctrica (12,4 %); gas natural (12,2 %); carbón vegetal (8 %-9 %); carbón mineral (5,3 %); nuclear (1,4%); eólica (1 %-2 %); solar (1 %); y otras renovables (7 %) (año base 2023).

Cabe señalar que cerca del 45 % al 50 % de la matriz energética brasileña es renovable, mientras que el promedio mundial se sitúa en torno al 15 %. Además, más del 80 % de la electricidad en Brasil proviene de fuentes renovables, un valor muy superior al de la mayoría de los países industrializados. Según el Plan Nacional de Energía 2050, la incorporación del hidrógeno puede desempeñar un papel importante en una mayor descarbonización de la matriz energética brasileña, especialmente en el sector industrial.

Pero, como subraya Peyerl, la estrategia energética del país debe aprovechar la diversidad de sus recursos: “Brasil tiene un enorme potencial para el hidrógeno, pero también para la electrificación, el biometano, la biomasa y otras rutas energéticas. El desafío es identificar en cada región cuál solución tiene más sentido”.

El estudio también fue apoyado por la FAPESP mediante una Ayuda a la Investigación – Jóvenes Investigadores, concedida a Peyerl.

El artículo Mapping green hydrogen clusters in Brazil: A data-driven approach for industrial decarbonization puede consultarse en doi.org/10.1016/j.ijhydene.2025.153202.