Exploring the impacts of demand scenarios, weather variability and mitigation of emissions on Morocco's hydrogen market and renewable transition pathways

Resumen Técnico: Exploración de los impactos de los escenarios de demanda, la variabilidad climática y la mitigación de emisiones en el mercado del hidrógeno de Marruecos y las vías de transición renovable

Planteamiento del Problema
Marruecos aspira a capturar hasta el 4% del mercado mundial de Power-to-X (PtX) para 2030, aprovechando sus abundantes recursos solares y eólicos para convertirse en un socio estratégico para la transición energética de Europa. Sin embargo, persisten incertidumbres significativas respecto a las trayectorias de la demanda europea, la preparación de la infraestructura y los riesgos de inversión. Mientras que estudios previos han analizado la transición renovable de Marruecos utilizando modelos acoplados de sectores (por ejemplo, OSeMOSYS) o vías de exportación específicas (por ejemplo, PyPSA-Earth), falta una comparación sistemática de las vías basadas en el hidrógeno. Específicamente, existe una brecha en el modelado de alta resolución que optimice explícitamente la producción de hidrógeno verde y sus derivados descendentes (amoníaco, metanol, acero verde) mientras se considera simultáneamente la reasignación industrial doméstica frente a las estrategias orientadas a la exportación, la variabilidad climática interanual y las sensibilidades financieras. Este estudio aborda el doble desafío de pasar de ser un importador de hidrocarburos a un exportador de moléculas verdes, asegurando al mismo tiempo la creación de valor nacional, la seguridad energética y la descarbonización de los sectores de difícil abatimiento.

Metodología
El estudio emplea una versión extendida y sectorialmente acoplada del modelo PyPSA-Earth, de código abierto, con resolución horaria y multirregional. El análisis cubre el periodo hasta 2035 con una resolución espacial de 14 regiones (nodos) basada en datos GADM.

• Mejoras del Modelo: El marco integra tres cadenas de suministro de PtX específicas: acero verde (vía Reducción Directa de Hierro y Hierro Briqueteado Caliente), metanol verde (a partir de CO2 capturado e hidrógeno) y amoníaco verde (vía Haber-Bosch). Incorpora restricciones para asegurar la coincidencia temporal horaria entre la generación de electricidad renovable y la producción de hidrógeno electrolítico, alineándose con las regulaciones emergentes de la UE para los Combustibles de Origen No Biológico Renovables (RFNBOs).
• Análisis de Áreas Potenciales: Se construyó un mapa de viabilidad tecno-ecológica mediante superposiciones booleanas de capas de exclusión (bosque, zonas urbanas, tierras de cultivo, etc.) y criterios específicos: puntuaciones de probabilidad de implementación solar/eólica mínima, proximidad a la red (<30 km) y restricciones de estrés hídrico (80% de la tierra con bajo estrés para 2050). Esto identificó aproximadamente 94,24 GW de potencial de viento onshore y 462,25 GW de solar fotovoltaica.
• Vías de Demanda: Un enfoque híbrico de modelado de la demanda combina la metodología bottom-up de LEAP con revisiones bibliográficas dirigidas para los sectores residencial, transporte e industrial. Los escenarios se diferencian según los niveles de actividad, la difusión tecnológica y las cuotas de combustible.
• Definición de Escenarios: Se modelaron dos escenarios contrastantes:
  • S1 (Reasignación Industrial): Se centra en la transformación doméstica, incluyendo una cadena de valor de acero verde para la demanda local/exportación y el suministro completo de amoníaco para fertilizantes de autosuministro doméstico. La expansión del metanol está limitada por el CO/CO2 disponible de cementeras/industria.
  • S2 (Oportunidades de Exportación): Prioriza la exportación directa de hidrógeno a Europa, apoyada por la inversión extranjera y la expansión de la infraestructura portuaria.
• Análisis de Sensibilidad: Se realizaron pruebas de sensibilidad de uno a la vez sobre el Costo Promedio Ponderado del Capital (WACC), la rigurosidad de la restricción de CO2 y la variabilidad climática (utilizando un año de bajo viento de ERA5, 2016).
• Proxy de Bienestar: Para ir más allá de la simple minimización de costos, se calculó un proxy de bienestar multiplicando los precios marginales de los productos (H2, NH3, MeOH, HBI, acero) por sus volúmenes de producción. Esto sirve como medida de la contribución implícita de bienestar de la expansión de la actividad industrial doméstica.

Resultos Clave

• Demanda de Hidrógeno y Escala: Ambos escenarios requieren una magnitud de demanda de hidrógeno similar para 2035, situándose entre 32,3 y 37,8 TWh. Esto indica que el potencial de descarbonización doméstica de Marruecos (para amoníaco y acero) es estructuralmente equivalente a su capacidad de exportación objetivo.
• Expansión de Capacidad: Ambas vías requieren triplicar las capacidades actuales de renovables y electrolizadores. La capacidad total instalada de electrolizadores alcanza de 3,8 GW (S1) a 4,3 GW (S2). La energía solar fotovoltaica y el viento onshore constituyen la mayoría de la nueva capacidad, identificándose a Meknès–Tafilalet como la región óptima para la solar y Guelmim–Es-Semara para el viento.
• Compromisos Estratégicos:
  • S1 (Enfoque Doméstico): Resulta en costos totales del sistema más altos (aprox. €18,9 mil millones) pero genera la mayor contribución de bienestar (aprox. €6,2 mil millones) debido a la profunda diversificación industrial y la reducción de la exposición a las importaciones.
  • S2 (Enfoque de Exportación): Produce costos de sistema más bajos (aprox. €15,5 mil millones) pero una menor contribución de bienestar (aprox. €2,8 mil millones).
• Hallazgos de Sensibilidad: El estudio encontró que los costos de financiamiento (WACC) son el motor dominante de los resultados del sistema. Reducir el WACC del 7,8% al 6% tiene un impacto mayor en los costos del sistema y la competitividad que las restricciones más estrictas de CO2 o la variabilidad climática. El sistema está suficientemente diversificado para absorber las fluctuaciones climáticas año tras año.
• Viabilidad: Las capacidades renovables optimizadas para 2035 se encuentran dentro del rango de la cartera de proyectos renovables anunciada por Marruecos para 2030, lo que refuerza la viabilidad técnica de las vías propuestas.

Significancia y Reivindicaciones
El artículo afirma proporcionar orientación basada en evidencia para que los responsables políticos equilibren las ambiciones domésticas y de exportación de Marruecos. Sus principales contribuciones son:

1. Más allá del Menor Costo: El estudio demuestra que juzgar las estrategias de hidrógeno basándose únicamente en criterios de menor costo conlleva el riesgo de infravalorar las ganancias de bienestar nacional. La vía de mayor costo (S1) genera un bienestar implícito significativamente mayor mediante la diversificación industrial y la creación de cadenas de valor locales.
2. Sensibilidad Financiera: Destaca que la trayectoria del hidrógeno de Marruecos está gobernada más por el acceso a capital de bajo costo (WACC) que por el potencial técnico o los factores climáticos. Las medidas políticas destinadas a reducir el riesgo de las inversiones pueden ser más efectivas que un endurecimiento regulatorio adicional.
3. Equivalencia Estructural: Establece que la escala de la necesidad de descarbonización doméstica es aproximadamente equivalente a las ambiciones de exportación, desplazando la pregunta estratégica de "cuánto producir" a "dónde priorizar la creación de valor".
4. Orientación de Políticas: Los hallazgos sugieren que los marcos de planificación deben integrar indicadores basados en el bienestar junto con métricas de costo para reflejar las prioridades de desarrollo nacional, reconociendo que una perspectiva de optimización estrecha puede infravalorar la formación de capacidad industrial a largo plazo.

Limitaciones
Los autores señalan algunas limitaciones, incluyendo la exclusión de los costos de infraestructura portuaria, los costos de transporte interregional para los derivados y la producción de productos de amoníaco descendentes (por ejemplo, urea). El modelo también abstrae de la flexibilidad sub-horaria, las restricciones detalladas de ubicación y las incertidumbres estocásticas respecto a los potenciales de mercado futuros. Además, el estudio no realiza una evaluación de impacto profunda sobre los desafíos socioeconómicos asociados con la reubicación de las capacidades industriales hacia áreas remotas y ricas en recursos renovables.