El mercado mundial del hidrógeno es de aproximadamente
125.000 millones de dólares y está creciendo rápidamente en parte debido al
mayor interés en el hidrógeno como combustible para autobuses, camiones e
incluso barcos. El problema es que producir hidrógeno con electricidad sigue
siendo bastante costoso, por lo que solo es rentable venderlo a los precios más
altos que pagan los clientes de menor volumen.
Pero ahora, los investigadores de la Universidad de Stanford
y de la Universidad de Mannheim en Alemania han encontrado una posible
solución: sistemas integrados reversibles de energía a gas que pueden convertir
fácilmente el hidrógeno nuevamente en electricidad cuando los precios de la
energía aumentan.
En un nuevo estudio publicado en Nature Communications, los
investigadores informan que las celdas de combustible reversibles pueden ser
una fuente económicamente viable de electricidad de respaldo durante los
períodos de aumento de los precios, como el que experimentó Texas en 2021
cuando las tormentas invernales destruyeron las centrales eléctricas
alimentadas con gas natural.
Al poder cambiar de dirección, según el estudio, todo el
sistema puede funcionar más cerca de la capacidad máxima. Eso reduce el costo
de producir tanto hidrógeno libre de carbono como electricidad libre de carbono.
“El movimiento global hacia las fuentes de energía renovable
conduce a que los mercados de energía se vuelvan cada vez más volátiles”, dice
Stefan Reichelstein , profesor de la Stanford Graduate School of Business y
miembro principal del Precourt Institute for Energy . “Nuestro trabajo muestra
que los sistemas reversibles de energía a gas están en camino de convertirse en
una tecnología rentable para suavizar el suministro de energía y vincular los
mercados de electricidad e hidrógeno”.
Pilas de combustible de óxido sólido
Las celdas de combustible reversibles integradas ya están en
el mercado, pero rara vez se usan para convertir el hidrógeno nuevamente en
electricidad. La sabiduría convencional ha sido que el proceso no es
competitivo en costos, porque los sistemas tradicionales de gas a energía usan
turbinas costosas que permanecen inactivas excepto cuando aumenta la demanda de
electricidad.
Los investigadores encontraron que ese era un problema mucho
menor para los sistemas integrados más nuevos, que usan celdas de combustible
de óxido sólido y pueden cambiar de dirección más fácilmente. Incluso si los
sistemas funcionan para producir hidrógeno la mayor parte del tiempo,
calcularon los investigadores, la capacidad de suministrar electricidad de
respaldo incluso durante períodos cortos de demanda máxima contribuye a la
rentabilidad general.
La pila de combustible de hidrógeno, ¿el futuro del
almacenamiento de energía?
“Cuando observa la economía, la ventaja fundamental es la
flexibilidad para operar en cualquier dirección, lo que permite una mayor
utilización de la capacidad”, dice Gunther Glenk, profesor asistente de la
Universidad de Mannheim, quien se asoció con Reichelstein.
Los investigadores desarrollaron un modelo analítico basado
en las condiciones reales del mercado en Texas y Alemania, los cuales han
tenido proyectos de conversión de gas a energía durante varios años. En un
trabajo anterior, Reichelstein y Glenk demostraron que era posible producir
hidrógeno a partir de electricidad por unos 3 dólares el kilogramo. Eso está
más o menos en línea con los precios que pagan los compradores de menor
volumen, aunque demasiado altos para los clientes de gran volumen.
Análisis
El nuevo estudio analiza el otro lado del proceso,
convirtiendo el hidrógeno nuevamente en electricidad. En efecto, dice
Reichelstein, los sistemas reversibles integrados pueden ayudar a resolver dos
problemas al mismo tiempo: cómo obtener valor económico de la electricidad
renovable cuando no puede obtener un buen precio; y cómo suavizar la
volatilidad en los mercados de electricidad. Y ambas soluciones ayudan a
reducir las emisiones de carbono.
“En el contexto de la transición a la energía renovable, las
personas a veces temen tener una mayor proporción de energías renovables
intermitentes”, dice Glenk. “Ese no tiene por qué ser el caso si estos sistemas
reversibles de energía a gas se implementaran a gran escala”.
Algunas empresas ya producen sistemas integrados y
reversibles de energía a gas. Estos son un avance sobre los sistemas del
estudio anterior, que tienen máquinas separadas para producir hidrógeno a
partir de electricidad y electricidad a partir de hidrógeno. Estos sistemas
modulares producían hidrógeno económicamente, pero la conversión inversa no
tenía sentido económicamente.
Reducir costos
Reichelstein y Glenk creen que la rentabilidad de tales
sistemas mejorará a medida que la tecnología madure, como sucedió con las
turbinas eólicas y los paneles solares. Los sistemas reversibles se pueden
construir a casi cualquier escala, agregan, por lo que pueden ser utilizados
por empresas individuales o pequeñas comunidades, así como por grandes redes
eléctricas urbanas.
En los próximos años, dice Glenk, los sistemas reversibles
de energía a gas podrían reducir el costo del hidrógeno libre de carbono y
estimular su uso más amplio como combustible. Los productores de acero, por
ejemplo, están considerando activamente el hidrógeno como sustituto del carbón
o el gas natural.
“Al mismo tiempo, los precios más bajos del hidrógeno
permitirán que los sistemas integrados y reversibles de energía a gas cambien
con mayor frecuencia a la generación de energía”, dice Glenk. “La flexibilidad
inherente de tales sistemas puede cambiar las reglas del juego”.
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