La importancia de los electrolizadores y las pilas de combustible para la generación de renovables

Mobeen Tahir, Director, Macroeconomic Research & Tactical Solutions, WisdomTree, ha publicado un informe sobre la importancia de electrolizadores y pilas de combustible para generar renovables. Señala que ambas tecnologías son claves para hacer del hidrógeno una fuente de energía renovable.

Dicho informe afirma:

“El hidrógeno es el elemento más abundante del universo y encierra un enorme potencial como fuente de energía limpia y sostenible. Su presencia es omnipresente y constituye alrededor del 70% de toda la materia del cosmos. Sin embargo, aprovechar su enorme potencial para las necesidades energéticas cotidianas no siempre es sencillo. El reto consiste en liberar la energía del hidrógeno y convertirlo en un recurso utilizable para diversas aplicaciones”.

Es obvio que no todo el hidrógeno es igual, ya que la mayor parte de él, actualmente, se produce con combustibles fósiles. Según la Agencia Internacional de Energías Renovables (IRENA), a finales de 2021, la procedencia de la producción mundial de hidrógeno fue:

• Casi el 47% del gas natural;
• El 27% del carbón;
• El 22% del petróleo;
• Y sólo alrededor del 4% de la electrólisis del agua.

El hidrógeno producido con combustibles fósiles se denomina «hidrógeno gris» si el producto residual del proceso, el CO2, se libera a la atmósfera.

Cuando el CO2 del proceso se captura y almacena el hidrógeno se denomina «azul» y el resultado medioambiental es mucho mejor.

Sin embargo, la mejor forma de hidrógeno es el «hidrógeno verde«, que se obtiene mediante la electrólisis del agua. Es decir, haciendo pasar una corriente de energía renovable a través del agua para separar el hidrógeno del oxígeno.

Para producir hidrógeno de forma sostenible, el mundo necesita eliminar el hidrógeno gris y aumentar el hidrógeno verde.

Electrolizadores

Un electrolizador de hidrógeno es un dispositivo que genera gas hidrógeno (H2) mediante un proceso denominado electrólisis. Utiliza una corriente eléctrica para dividir el agua (H2O) en sus elementos constitutivos, hidrógeno y oxígeno.

Si la electrólisis funciona con fuentes de energía renovables, como la eólica o la solar, el hidrógeno producido se denomina «verde«.

Dada la relación simbiótica del hidrógeno verde con la energía eólica y solar, su producción suele estar cerca de parques eólicos o solares. Recientemente Wisdom Tree mencionaba algunos megaproyectos de energías renovables en todo el mundo. Entre ellos, la Isla de la Energía de Dinamarca, donde se prevé instalar 600 aerogeneradores gigantes acompañados de una planta de electrólisis.

Asimismo, ya existen proyectos innovadores para que los electrolizadores puedan utilizar directamente el agua del mar. Eso permitiría ubicarlos junto a parques eólicos marinos, reduciendo la necesidad de agua dulce para la generación de hidrógeno.

El hidrógeno verde también sirve como una solución útil de almacenamiento de energía de larga duración cuando se coloca cerca de parques eólicos y solares. Complementa el almacenamiento en baterías a corto plazo convirtiendo el excedente de energía renovable en hidrógeno. Eso permite ampliar el almacenamiento de energía y reducir la intermitencia de las energías renovables, mejorando así la fiabilidad y sostenibilidad generales del sistema energético.

Según Bloomberg New Energy Finance (BNEF), se espera que los envíos mundiales de electrolizadores se dupliquen en 2023. También que vuelvan a duplicarse en el año 2024, incluso en un escenario conservador. La causa radica en que Europa y Estados Unidos están empezando a alcanzar a China en términos de capacidad de producción. Una vez producido el hidrógeno, para su uso se utiliza la pila de combustible.

Pilas de combustible

Una pila de combustible de hidrógeno es un dispositivo electroquímico que convierte en electricidad la energía química almacenada en el hidrógeno verde.

Las pilas de combustible pueden aportar numerosas ventajas al mundo de la movilidad y de la energía:

• Tienen cero emisiones, dado que su subproducto es el vapor de agua;
• También tienen una alta eficiencia energética, con una tasa de conversión de energía de hasta el 60%, frente al 30-40% de los motores de combustión interna. Esto significa que, mientras que un motor de combustión interna convierte en movimiento el 30-40% de la energía del combustible (el resto se pierde en calor y fricción), una pila de combustible puede convertir en movimiento el 60% de la energía almacenada en el combustible.
• La mayor eficiencia energética se traduce en un volumen menor de combustible necesario para almacenar en el depósito del coche, camión, barco, avión, etc.
• Las pilas de combustible también son muy versátiles. Pueden utilizarse como fuentes de energía de reserva para proporcionar un medio fiable y eficaz de generar electricidad durante los cortes de suministro. Cuando falla la red, las pilas de combustible pueden suministrar electricidad rápidamente, garantizando el funcionamiento ininterrumpido de servicios esenciales. Entre ellos, centros de datos, hospitales e instalaciones de telecomunicaciones.
• Además, tienen una larga vida útil y funcionan silenciosamente.

Desafíos y retos

A día de hoy, los mayores obstáculos del hidrógeno verde son los costes y la falta de infraestructuras. hidrógeno (que compara los costes de producción de electricidad a partir de distintas fuentes). Mientras que la energía eólica, la solar y el almacenamiento en baterías han visto una notable reducción de costes en los últimos años a medida que las tecnologías se han ido ampliando, el hidrógeno aún no ha experimentado lo mismo. Sin embargo, con más inversión, esto podría cambiar.

Al hidrógeno verde le espera aún un gran camino por recorrer. Sin embargo, ya se aprecia su incremento, por los apoyos políticos. La innovación tecnológica y el aumento de inversiones. Hay muchos ejemplos que lo demuestran.

• En julio de 2023, el estado de California concedió a Nikola Corporation una subvención de 41,9 millones de dólares. Su destino: seis estaciones de repostaje de hidrógeno para vehículos pesados en el sur de California. El estado federal está asumiendo un papel de liderazgo en la descarbonización del transporte para evitar emisiones y mejorar la salud.
• En el mundo de la aviación, los fabricantes de aviones Airbus, Embraer y Fokker aspiran a lanzar aviones comerciales propulsados por hidrógeno en el 2035. En junio de 2023, al menos 23 operadores aéreos, principalmente aerolíneas regionales y alquiladores de aeronaves, firmaron algún tipo de acuerdo para adquirir aviones o motores de pila de combustible.
• En el sector del automóvil, 8 fabricantes trabajan activamente en vehículos de pila de combustible de hidrógeno. Entre ellos, Toyota, Hyundai, BMW y Jaguar Land Rover. A medida que se construyan más infraestructuras, es posible que más compañías sigan este ejemplo.

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