La utilización de la energía solar para la producción de hidrógeno emerge como una estrategia clave. La producción de hidrógeno mediante la electrólisis alimentada por energía solar fotovoltaica o térmica ofrece la promesa de un vector energético limpio y versátil.
Los avances recientes indican que la convergencia de la fotovoltaica eficiente, la electrólisis térmica y catalizadores avanzados allana el camino hacia la producción de hidrógeno limpia y rentable. Con un enfoque continuo en la investigación y desarrollo, estas tecnologías podrían desempeñar un papel fundamental en la descarbonización de sectores clave de la economía.
Tecnologías eficientes de energía solar aplicadas para producir hidrógeno
Para el futuro, se prevé una mayor integración de sistemas, la búsqueda de catalizadores aún más eficientes y la escalabilidad de las tecnologías desarrolladas. Sin embargo, actualmente hay avances aplicados en las modernas plantas de hidrógeno verde, veamos algunos de los más destacados
Electrólisis Fotovoltaica Eficiente
La eficiencia de la conversión fotovoltaica en el proceso de electrólisis ha sido objeto de intensa investigación. El estudio de Wang et al. (2023) destaca avances en el diseño de sistemas fotovoltaicos acoplados con electrolizadores, mejorando la eficiencia global del proceso. La optimización de la respuesta espectral y la integración de materiales avanzados son aspectos fundamentales de estos desarrollos.
Tecnologías de Concentración Solar para la Electrólisis Térmica
La electrólisis térmica impulsada por la concentración solar ha demostrado ser una alternativa prometedora. El trabajo de García et al. (2022) aborda avances en la integración de tecnologías de concentración solar con electrolizadores de alta temperatura. Estos avances han llevado a mejoras sustanciales en la eficiencia del proceso, allanando el camino para aplicaciones industriales a gran escala.
Desarrollo de Catalizadores Avanzados
La mejora de la eficiencia y la estabilidad de los catalizadores utilizados en la electrólisis es un área crucial de investigación. El estudio de Chen et al. (2024) se centra en el diseño de catalizadores avanzados basados en materiales nanoestructurados, demostrando mejoras significativas en la actividad catalítica y la durabilidad, aspectos clave para la viabilidad a largo plazo de la tecnología.
La aplicación de energia solar flotante para generar hidrogeno
En España, la combinación de energía solar flotante y el hidrógeno verde tiene proyectos finalizados y en funcionamiento.
La hibridación de la energía fotovoltaica flotante y el hidrógeno verde tiene grandes esperanzas. La península ibérica presenta unas características geográficas que hacen el lugar idóneo para apostar fuerte por esta hibridación de energías renovables.
El interés por el hidrógeno verde tiene que ver por sus ventajas competitivas respecto a otras tecnologías. Cabe destacar que es respetuosos con el medio ambiente, almacenable, reactivo, ligero, tiene un alto contenido energético por unidad de masa y se puede producir fácilmente a escala industrial. De momento, su gran barrera es el coste de producción, pero las empresas del sector están empleando sus mejores ingenieros y están atacando el problema.
Esta combinación de tecnologías consiste en generar hidrógeno verde a partir de la energía generada en paneles fotovoltaicos flotantes. La Agencia Internacional de la Energía (AIE) considera que el coste de producción de hidrogeno a partir de electricidad renovable podría caer hasta un 30% en 2030. El argumento se basa en la disminución del coste de las energías renovables y el desarrollo de plantas híbridas de energía solar y eólica.
Los expertos afirman que el sector de la eólica marina, junto al desarrollo de paneles fotovoltaicos flotantes será unos de los pilares para alcanzar el objetivo de descarbonización de la economía europea para 2050.
La hibridacion de energia solar y el hidrogeno
Dada la tecnología existente en España de fotovoltaica flotante era evidente que había que aprovechar esta oportunidad. Un ejemplo es la planta de energía flotante en Extremadura construida por Acciona. La encontramos en el embalse de Sierra Brava (Cáceres). La planta tiene 3.000 paneles solares sobre el agua. Estos ocupan unos 12.000 metros cuadrados dentro de las más de 1.600 hectáreas del pantano (0,08% de su superficie).
El hidrógeno puede transformar otros combustibles y ofrecer una amplia gama de usos en el transporte, como el metano sintético, biometano, metanol, amoníaco y combustibles líquidos sintéticos. La aplicación industrial de las tecnologías del hidrógeno verde tiene un enorme potencial ya que podría sustituir el uso actual del gas natural entre otros usos industriales.
La producción de energía con electrolisis
La electrolisis requiere de agua y electricidad. La producción de 1 kilo de hidrógeno necesita alrededor de 9 litros de agua. A través de este proceso se producen 8 kilos de oxígeno. Estos se aprovecharían con fines sanitarios o industriales. La producción mundial actual de hidrógeno (aprox. 70 millones de toneladas de hidrógeno) requeriría 617 millones de metros cúbicos. Continuando con comparaciones, esto se corresponde con el 1,3% del agua consumida por el sector de la energía.
Acercando el ejemplo a escala nacional, podemos pensar en el mayor embalse de España. Si la capacidad del embalse de la Serena (Badajoz), se empleara solo en su mitad para la producción de hidrógeno, su caudal sería suficiente para cubrir la actual producción anual mundial.
Bahía H2: un proyecto de energia solar e hidrógeno
El proyecto Bahía H2 Offshore fue impulsado por el clúster de energías marinas de Cantabria. Tiene como objetivo el desarrollo de un innovador sistema de generación de combustibles en forma de hidrógeno y amoniaco. Se desarrolla en condiciones marinas mediante energía solar flotante. El combustible verde obtenido se destina a buques y equipamientos del Puerto de Santander.
El proyecto Bahía H2 emplea la energía solar flotante en la producción de hidrógeno verde. Este es usado por la Autoridad Portuaria de Santander en su actividad ordinaria.
El proyecto Bahía H2 consiste en el diseño, construcción, instalación y puesta en marcha de una plataforma flotante a escala. También, incluye un prototipo de producción offshore de hidrógeno y amoniaco verde alimentado por estas plataformas de energía fotovoltaica flotante. Para ello, integrará las tecnologías de electrólisis PEM y transformación in situ en amoniaco (NH3) mediante proceso Haber-Bosch.
Aunque en esta primera fase las soluciones tecnológicas serán testadas en una zona portuaria, su aplicación final se realiza en condiciones alejadas de la costa. El horizonte abre un espectro de oportunidades de negocio en concreto en el ámbito del transporte marítimo.
El desarrollo de la energía renovable marina implica incorporar a estas instalaciones de generación offshore sistemas de almacenamiento energético. En este punto, el hidrógeno es uno de los vectores que mejor se adapta a las necesidades. Por otro lado, el amoniaco parece ser el método idóneo para su almacenamiento, transporte y distribución.
