La electrólisis es el método de división del agua en hidrógeno y oxígeno mediante electricidad. Cuando se alimenta de energías renovables, como la eólica y la solar, ofrece una vía para producir hidrógeno verde con cero o mínimas emisiones de dióxido de carbono (CO2). Actualmente, esta vía de producción consume mucha energía y es más cara que los métodos de producción tradicionales que utilizan materias primas fósiles, como el gas natural. A corto plazo, la captura y el almacenamiento de carbono pueden utilizarse con el reformado de metano al vapor para reducir las emisiones deCO2 mediante el hidrógeno azul. Sin embargo, a largo plazo, la carbonización profunda mediante hidrógeno verde dependerá de diversos factores, como los avances tecnológicos, el desarrollo del mercado y la inversión, y las economías de escala, para reducir el coste de producción y funcionamiento de los electrolizadores.
La visión del DOE para un hidrógeno verde asequible y abundante
La semana pasada, el Departamento de Energía de Estados Unidos (DOE) publicó Hydrogen Shot™: Water Electrolysis Technology Assessment, en el que se muestran las vías para reducir el coste de la producción de hidrógeno ecológico mediante electrólisis. Con diferentes niveles de preparación tecnológica, el informe documenta el estado actual de cinco tecnologías diferentes de electrolizadores:
- Membranas de intercambio de protones (PEM)
- Alcalino líquido (LA)
- Membranas de intercambio alcalino (MIA)
- Células electrolizadoras de óxido sólido conductoras de iones de óxido (O-SOEC)
- Células electrolizadoras de óxido sólido conductoras de protones (P-SOEC)
Como segunda de tres evaluaciones, el informe se centra en el estado actual de los electrolizadores y en el potencial de investigación, desarrollo y demostración para alcanzar el objetivo de Hydrogen Shot de 1 dólar/kilogramo de hidrógeno limpio en 2031.
El primer informe, Hydrogen Shot Technology Assessment: Thermal Conversion Approaches, examinaba los procesos limpios de producción de hidrógeno que utilizan el calor para convertir materias primas fósiles y/o residuales con captura y secuestro de carbono, mientras que el tercer y último informe evaluará las vías avanzadas de producción limpia de hidrógeno, incluidos los procesos fotoelectroquímicos y termoquímicos que utilizan la luz solar para dividir el agua sin necesidad de electricidad y los procesos biológicos que convierten la biomasa o los flujos residuales en hidrógeno.
Estos informes llegan en un momento crítico para el hidrógeno limpio y renovable, ya que un número creciente de países y organizaciones corren contrarreloj para encontrar soluciones innovadoras que reduzcan el coste de la producción por electrólisis.
Avances en la producción de hidrógeno solar en Japón
Por ejemplo, científicos japoneses acaban de publicar un artículo en Frontiers in Science sobre los avances y tendencias de la división del agua impulsada por la luz solar mediante fotocatalizadores y partículas semiconductoras. Esta vía avanzada de producción de hidrógeno limpio representa una alternativa prometedora a otros métodos ecológicos de producción de hidrógeno que dependen de elevados insumos de electricidad.
El estudio también muestra el éxito del proyecto piloto de producción de hidrógeno solar de los científicos, con un rendimiento de conversión casi perfecto. En funcionamiento durante tres años, este sistema de matriz fotocatalítica de 100 m2 dividió agua con una alta eficiencia de conversión de energía solar en combustible, demostrando así la viabilidad de escalar la producción de hidrógeno solar a gran escala utilizando fotocatalizadores de forma segura sin reducir su eficiencia.
Crecimiento significativo de la capacidad de los electrolizadores
Las previsiones de la industria y los gobiernos apuntan a un crecimiento significativo de la demanda de producción de hidrógeno renovable por electrólisis, por lo que todas estas tecnologías de electrolizadores tienen potencial de ampliación y ofrecen una amplia gama de aplicaciones para el hidrógeno verde en múltiples sectores y usos finales.
(Fuente: U.S. Energy Information Administration)
La consecución del objetivo del "Hydrogen Shot" del DOE requerirá una innovación continua de la industria y el gobierno, una colaboración estratégica y una inversión sustancial en avances tecnológicos, fabricación y economías de escala, así como en la integración de hidrógeno limpio para liberar hidrógeno limpio, asequible y abundante.
