El uso del hidrógeno como sistema de almacenamiento de energía
Muchos países de todo el mundo han estado trabajando diligentemente para implementar plantas de energía renovable durante más de una década. Según la Agencia Internacional de Energía (AIE), las energías renovables en forma de energía hidroeléctrica, bioenergía, eólica y solar representarán el 18% de la energía primaria en 2035. Desde 2013, se añadió más capacidad a la red eléctrica en forma de energía renovable que para ¡Carbón, gas y petróleo combinados! Aunque estas estadísticas son prometedoras, uno de los problemas de las energías renovables es que la energía puede ser intermitente. Para la energía solar y eólica, la cantidad de energía producida puede variar según la temporada, la ubicación o las condiciones climáticas. En muchos casos, las regiones más adecuadas para la producción de energía renovable suelen estar lejos de la mayor demanda. En estos casos se requiere transporte a larga distancia o al exterior. En los países del norte, el potencial de producción solar es mayor durante la temporada de verano, cuando el consumo de energía es menor. Las condiciones del viento pueden variar diariamente y pueden cambiar rápidamente. La energía generada mediante la energía hidroeléctrica tampoco puede utilizarse adecuadamente durante los períodos de bajo consumo.
Muchos países de todo el mundo han estado trabajando diligentemente para implementar plantas de energía renovable durante más de una década. Según la Agencia Internacional de Energía (AIE), las energías renovables en forma de energía hidroeléctrica, bioenergía, eólica y solar representarán el 18% de la energía primaria en 2035. Desde 2013, se añadió más capacidad a la red eléctrica en forma de energía renovable que para ¡Carbón, gas y petróleo combinados! Aunque estas estadísticas son prometedoras, uno de los problemas de las energías renovables es que la energía puede ser intermitente. Para la energía solar y eólica, la cantidad de energía producida puede variar según la temporada, la ubicación o las condiciones climáticas. En muchos casos, las regiones más adecuadas para la producción de energía renovable suelen estar lejos de la mayor demanda. En estos casos se requiere transporte a larga distancia o al exterior. En los países del norte, el potencial de producción solar es mayor durante la temporada de verano, cuando el consumo de energía es menor. Las condiciones del viento pueden variar diariamente y pueden cambiar rápidamente. La energía generada mediante la energía hidroeléctrica tampoco puede utilizarse adecuadamente durante los períodos de bajo consumo.
Los combustibles fósiles tradicionales proporcionan un excelente almacenamiento de energía, razón por la cual se han utilizado tan ampliamente. Sin embargo, el objetivo es alejarse de los combustibles fósiles debido a razones (obvias) de suministro, emisiones y políticas. Existen muchos tipos de soluciones de almacenamiento de energía y cada tipo tiene sus ventajas y desventajas. Existen diferencias en tamaño, duración del almacenamiento, equipos y capacidades de transporte de energía. Hay muchos tipos de combustibles que se pueden utilizar para el almacenamiento de energía (petróleo, gas, biocombustibles), pero es posible que estos combustibles no siempre sean óptimos para aplicaciones específicas debido a los requisitos volumétricos, la duración del período de almacenamiento o la cantidad de combustible que se debe almacenar. transportado. El almacenamiento de energía no basado en combustible, como las baterías, tiene una gama de disponibilidades de energía (de 1 kW a 1 MW); sin embargo, la densidad de energía gravimétrica es baja y la electricidad no se puede almacenar en baterías durante largos períodos de tiempo. Por lo tanto, diferentes métodos de almacenamiento de energía se adaptan a diferentes propósitos.
El hidrógeno es un portador de energía flexible que puede producirse a partir de diversos tipos de fuentes de energía y ofrece muchas oportunidades para el almacenamiento de energía a largo plazo. El hidrógeno se puede comprimir, licuar o almacenar en forma sólida o líquida para su uso en pilas de combustible, turbinas o motores de combustión interna. El principal desafío asociado al hidrógeno es su producción y almacenamiento. Aproximadamente el 48% del hidrógeno se produce a partir de gas natural (GN) mediante reformado de metano con vapor (SMR), el 30% es un subproducto del refinado del petróleo, el 18% se produce a partir del carbón y el 4% a partir de la electrólisis del agua. En Estados Unidos, el 59% del hidrógeno se produce en refinerías de petróleo y plantas de amoníaco, y casi el 36% como subproducto del reformado catalítico en refinerías de petróleo y plantas de cloro-álcali. En equivalentes de energía, la demanda mundial anual de hidrógeno (172 Mtep, 60 Mt) está por debajo del 2% de la producción mundial de energía.
El uso generalizado del hidrógeno en la economía global enfrenta dos desafíos importantes: (1) la producción de hidrógeno a partir de fuentes bajas en carbono es costosa y (2) el desarrollo de la infraestructura del hidrógeno es lento y frena su adopción generalizada. El costo de construir infraestructura de distribución de hidrógeno y transporte a grandes distancias son barreras económicas importantes para la implementación de tecnologías basadas en hidrógeno. Además, la producción central a gran escala dependerá de la evolución de los volúmenes del mercado para compensar los gastos de capital de creación de capacidad. En el futuro, se podría producir hidrógeno neutro en carbono mediante electrólisis del agua utilizando electricidad basada en energías renovables. Este método distribuido de producción mediante sistemas electrolizadores se considera una opción atractiva a corto y medio plazo para el suministro de hidrógeno.
Los electrolizadores utilizan electricidad para descomponer el agua en hidrógeno y oxígeno. La electrólisis del agua se produce mediante una reacción electroquímica que no requiere componentes externos ni piezas móviles. Es muy fiable y puede producir hidrógeno ultrapuro (>99,999%) de forma no contaminante cuando la fuente eléctrica es energía renovable. La electrólisis proporciona un enfoque descentralizado y modular para la utilización, entrega y costo de la energía para el desarrollo de un sistema de almacenamiento de energía de hidrógeno bajo demanda. El electrolizador permite reformar el agua en un gas rico en hidrógeno para ayudar en el almacenamiento de cantidades potencialmente grandes de energía eléctrica que pueden usarse en condiciones no continuas.
El combustible de hidrógeno producido a partir de un electrolizador es perfecto para usar con pilas de combustible de hidrógeno. Las reacciones que tienen lugar en un electrolizador son muy similares a las reacciones en las pilas de combustible, excepto que las reacciones que ocurren en el ánodo y el cátodo son inversas. En una pila de combustible, el ánodo es donde se consume el gas hidrógeno, y en un electrolizador, el gas hidrógeno se produce en el cátodo. La desventaja de los electrolizadores es la necesidad de energía eléctrica para completar la reacción.
Lo ideal es que la energía eléctrica necesaria para la reacción de electrólisis proceda de fuentes de energía renovables como la eólica, la solar o la hidroeléctrica. Los electrolizadores son útiles e ideales cuando se incorporan a ciertos sistemas de energía estacionarios, portátiles y de transporte que pueden convertir el exceso de energía en almacenamiento de energía a largo plazo. Las aplicaciones en las que los electrolizadores son particularmente ventajosos incluyen el almacenamiento de energía para la red, el uso en el campo a largo plazo, los vehículos propulsados por pilas de combustible y la electrónica portátil. Algunas de las ventajas de utilizar electrolizadores son:
• El hidrógeno producido es muy puro.
• Se puede producir directamente en el lugar
• Es más barato que transportar gas hidrógeno en cilindros de alta presión.
Hay recursos naturales solares y eólicos más que suficientes a nivel mundial para producir todo el hidrógeno necesario para aplicaciones estacionarias, de transporte y portátiles. La electrólisis tiene el potencial de cumplir con los requisitos de costos especificados por muchos gobiernos de todo el mundo.
Conclusión
El uso de hidrógeno para el almacenamiento de energía es una solución eficaz para resolver los problemas energéticos intermitentes asociados con la energía solar y eólica. El principal desafío asociado a la implementación del hidrógeno está relacionado con su producción y almacenamiento. Se han propuesto muchas opciones de almacenamiento de hidrógeno con la viabilidad de diferentes estrategias dependiendo de las demandas de sus sectores objetivo. Un sistema de almacenamiento de energía ideal consistiría en un electrolizador alimentado por el exceso de electricidad eólica o solar junto con un sistema de almacenamiento de hidrógeno. Un sistema de generación de energía con pila de combustible utilizará el hidrógeno para recolectar y suministrar energía cuando sea necesario.
