23/09/2024
El cambio climático es uno de los desafíos más importantes que tiene entre manos el ser humano en la actualidad. A medida que la temperatura global continúa aumentando, su impacto negativo se vuelve cada vez más evidente, de ahí que sea crucial combatir el cambio climático para preservar el medio ambiente, proteger la salud pública y asegurar un futuro sostenible para las próximas generaciones. Existen diferentes estrategias para combatir el cambio climático: reducir las emisiones de gases de efecto invernadero, disponer de medios de transporte sostenibles, conservar y restaurar los ecosistemas, etc. El hidrógeno renovable, en su papel como vector energético, es decir, como elemento con la capacidad para almacenar energía que posteriormente puede ser liberada, tiene un papel fundamental en la aceleración de la disminución de emisiones de efecto invernadero, en la reducción de la dependencia de combustibles fósiles y en la descarbonización de sectores donde la electrificación es difícil o incluso imposible, por ejemplo, en sectores industriales o en aplicaciones de movilidad, fundamentalmente transporte pesado.
Alineado con los objetivos establecidos en el Pacto Verde Europeo y para alcanzar un ecosistema sin emisiones, surgió el proyecto HysTeC, con la ejecución de este proyecto el Centro Tecnológico de la Energía (ITE) ha desarrollado soluciones tecnológicas sostenibles para la producción y el uso de hidrógeno renovable.
Nadie duda del potencial del hidrógeno como vector energético en el proceso de descarbonización de sectores industriales y del sector transporte. Pero es cierto que existen ciertos desafíos que es necesario vencer para acelerar y lograr su despliegue e implementación. Entre estos retos se encuentran la reducción del coste de su producción, que aún tiene un coste elevado si se compara con la producción de hidrógeno a partir de gas natural (hidrógeno gris, el que se emplea actualmente), el desarrollo de infraestructura para producción, almacenamiento y distribución de hidrógeno renovable, la mejora de la eficiencia de tecnologías de electrólisis para la producción de hidrógeno y de las pilas de combustible para emplear el hidrógeno como combustible en la generación de energía eléctrica, la creación de marcos regulatorios y de políticas de apoyo, la educación y concienciación de la población para mejorar la percepción pública del hidrógeno y su aceptación como fuente de energía.
Desde el punto de vista económico, existe una métrica que permite evaluar el coste de la producción de hidrógeno a lo largo de la vida útil de la instalación, es lo que se conoce como coste nivelado del hidrógeno (LCOH, de sus siglas en inglés). Este índice se emplea para comparar el coste del hidrógeno producido por las diferentes tecnologías y métodos de producción existentes, teniendo en cuenta los costes involucrados en su ciclo de vida: costes de capital (CAPEX), costes de operación y mantenimiento (OPEX), costes de financiación y vida útil y producción total de hidrógeno.
De entre los factores que afecta al LCOH, y según se ha estudiado en el proyecto HysTeC, están el coste de la energía, aspecto que es fundamental para la producción de hidrógeno a partir de fuentes de energía renovable y la eficiencia de la tecnología empleada para la producción de hidrógeno, en HysTeC, se ha considerado la tecnología PEM o de membrana polimérica de intercambio (Proton Exchange Membrane, de sus siglas en inglés). Los electrolizadores tipo PEM son una tecnología clave para la producción de hidrógeno renovable mediante electrólisis del agua, ya que pueden acoplarse con relativa facilidad a fuentes de energía renovables, como la fotovoltaica y la eólica. El rendimiento y eficiencia de esta tecnología están influenciados por variables que afectan a su funcionamiento y sensibilidad como son la temperatura, la presión, el flujo de agua a la entrada y de gases a la salida, los materiales que componen los electrodos y la membrana, la densidad de corriente y tensión de operación, además de la calidad del agua y el modo de operación. En HysTec se ha estudiado la influencia de estas variables en el funcionamiento de un electrolizador tipo PEM de 6kW ubicado en Planta Piloto de hidrógeno de ITE.
Además, para la evaluación del efecto de las variables antes mencionadas, así como el testeo y validación de materiales y componentes de celda de electrolizador tipo PEM, ITE ha desarrollado un banco de ensayos adecuado para el testeo de monoceldas y pequeños stacks de hasta 1kW, donde se pueden controlar: temperatura, presión, caudal de agua a la entrada, cantidad de hidrógeno producido, etc.
Una de las variables que afectan al funcionamiento y rendimiento de los electrolizadores es el modo de operación, los electrolizadores pueden ser sensibles a cambios en las condiciones de operación, por esta razón es importante gestionar adecuadamente por ejemplo los ciclos de arranque y parada y realizar una monitorización y control continuo de los parámetros críticos mencionados anteriormente (temperatura, presión, densidad de corriente, etc.) para asegurar que el funcionamiento es estable y eficiente. ITE ha aportado en este proyecto su experiencia en el desarrollo e implementación de algoritmos de optimización, en HysTeC se ha llevado a cabo la optimización de la operativa de producción de hidrógeno de la Planta Piloto de hidrógeno de ITE, de manera que se han establecido estrategias de control optimizadas para lograr que la producción de hidrógeno sea eficiente.
Uno de los múltiples usos que tiene el hidrógeno, es su empleo como combustible para la generación de energía eléctrica, proceso inverso al que ocurre en los electrolizadores, y en el que se basa el funcionamiento de las pilas de combustible, empleadas por ejemplo en aplicaciones de movilidad en vehículos eléctricos de pila de combustible (FCEV, de sus siglas en inglés). En este sentido, ITE además de estar comprometido con la economía circular y la sostenibilidad, ha aprovechado su dilatada experiencia en el desarrollo de materiales y electroquímica para el desarrollo de componentes de pilas de combustible; en el marco del proyecto HysTeC se han desarrollado electrodos sostenibles con restos de biomasa agroforestal para su empleo en pilas de combustible tipo PEM (Proton Exchange Membrane, de sus siglas en inglés). En los electrodos de pila de combustible tipo PEM se emplea platino como catalizador, soportado sobre material carbonoso, su función es que el catalizador esté correctamente dispersado y accesible para que la reacción electroquímica tenga un buen rendimiento y, en definitiva, que la pila de combustible trabaje de forma eficiente. Uno de los desafíos en la tecnología de pilas de combustible es la reducción del coste y el aumento de la vida útil y durabilidad de estos dispositivos. Con el objetivo de mejorar el rendimiento de los electrodos de pila de combustible en HysTeC se ha empleado como soporte del catalizador material carbonoso sintetizado en ITE a partir de restos de biomasa agroforestal, esto ha permitido modular las propiedades fisicoquímicas del soporte del catalizador y mejorar la dispersión del platino de manera que los electrodos puedan tener una durabilidad mayor, además de ser sostenibles, ya que normalmente el material carbonoso empleado en este tipo de aplicaciones procede de la combustión de combustibles fósiles, proceso que lleva asociadas emisiones de CO2, gas de efecto invernadero.
El proyecto HysTeC está cofinanciado por el Instituto Valenciano de Competitividad Empresarial (IVACE+i) y por la Unión Europea a través del Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER) (IMDEEA/2023/30).
Fuente: www.energetica21.com
