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El hidrógeno, elemento clave en la descarbonización

El cambio climático es uno de los principales retos a los que se enfrenta la sociedad actual y para combatirlo es necesaria una reducción drástica de las emisiones de dióxido de carbono. Esto implica una transición energética que sustituya los combustibles fósiles por fuentes de energía renovables. En este sentido, el hidrógeno renovable se posiciona como uno de los principales vectores energéticos para llevar a cabo esta transición energética de manera eficiente. Con una densidad gravimétrica mayor que la gasolina, el hidrógeno renovable es un combustible cuya producción y consumo no generan emisiones contaminantes.

La producción de hidrógeno a partir de energías renovables está basada en la electrólisis de agua, un proceso que consiste en la separación de la molécula de agua en sus componentes (hidrógeno y oxígeno) empleando electricidad proveniente de fuentes renovables. Este proceso de electrólisis permite el almacenamiento de grandes cantidades de energía eléctrica renovable durante largos periodos de tiempo mediante la transformación directa de dicha energía eléctrica en hidrógeno.

Para ello, los sistemas de electrólisis, conocidos como electrolizadores, deben estar integrados con plantas de generación de electricidad eólicas y fotovoltaicas. Sin embargo, los electrolizadores no solo sirven para el almacenamiento de energía eléctrica como tal, aumentando la utilización de la potencia generada por las energías renovables, sino que también tienen la capacidad de suministrar servicios de balance de red y de control de frecuencia.

Además, el hidrógeno renovable generado por los electrolizadores se puede utilizar como materia prima en diferentes sectores como el transporte, la industria o la construcción, permitiendo la descarbonización de estos sectores tradicionalmente difíciles de descarbonizar.  Igualmente, el hidrógeno renovable generado se puede inyectar en la red de gas natural, produciendo un acoplamiento en la red eléctrica y la red de gas.

Dentro de los diferentes tipos de electrolizadores existentes, los electrolizadores de membrana polimérica (PEMWE) están adquiriendo especial relevancia en la última década, ya que están considerados como óptimos para ser acoplados con fuentes de energía renovables intermitentes. Esto se debe a su respuesta dinámica rápida, su capacidad para trabajar a elevadas densidades de corriente, su elevada eficiencia, sus diseños compactos y la posibilidad de trabajar a altas presiones. El potencial de esta tecnología se ha demostrado en unos pocos proyectos piloto como el proyecto de 2 MW Haeolus o el proyecto de 10 MW Refhyne.

Por otro lado, los electrolizadores alcalinos (AWE) son una tecnología madura que se comercializa actualmente, pero la utilización de electrolitos líquidos y las bajas densidades de corriente y presiones de operación los excluye como candidatos óptimos para ser acoplados en plantas de energía renovable.

Por último, los electrolizadores de óxido sólido (SOEC) presentan eficiencias más elevadas que el resto debido a las elevadas temperaturas de trabajo (~800 ºC), pero esto a su vez hace que requieran aporte extra de calor para poder alcanzar dichas temperaturas y que presenten serios problemas de estabilidad y degradación, ya que hay pocos materiales que puedan aguantar las condiciones de trabajo de los sistemas.

Por todo ello, a pesar de las numerosas ventajas que presentan los electrolizadores PEM, existen aún numerosas barreras que impiden el despliegue generalizado en el mercado de esta tecnología para soluciones de potencia a hidrógeno. Estas barreras son principalmente los elevados costes de capital (CAPEX) y de operación (OPEX), la ausencia de procesos de fabricación en masa y la dependencia de ciertos materiales críticos.

Además de los retos tecnológicos presentados por el electrolizador PEM, existen numerosos retos tecnológicos e incertidumbres ligados al resto de la cadena de valor como su almacenamiento, transporte y posterior uso.

La integración de electrolizadores con energías renovables permite almacenar en forma de hidrógeno la energía excedente, lo que a su vez permite la reducción del coste de generación de la electricidad gracias al aprovechamiento de toda la potencia eléctrica generada, independientemente de las necesidades puntuales de la demanda de la red, en lo que se denomina adecuación de la oferta fluctuante que ofrece la generación renovable con la demanda.

Fuente: elperiodicodelaenergia.com