La electrólisis a gran escala y su papel en la descarbonización global

Descarbonizar la economía global es una de las tareas más importantes del siglo XXI. Pero es increíblemente complejo: involucra un mosaico de tecnologías, partes interesadas, regulaciones e inversiones en constante evolución. Alcanzar el cero neto para 21 requiere mucho más que un cambio a nivel individual o empresarial. También se necesitan cambios de infraestructura a gran escala que impulsen casi todos los aspectos de la vida diaria. 

El hidrógeno verde producido mediante electrólisis a gran escala utilizando fuentes renovables es vital para el rompecabezas de la descarbonización global. El creciente interés de empresas, organismos públicos e inversores en desarrollar e implementar soluciones de hidrógeno verde está impulsando una innovación significativa en el sector de las tecnologías limpias. 

Pero, ¿qué es la electrólisis y por qué su aplicación a gran escala es tan crucial para la emergente economía del hidrógeno?  

Entendiendo la electrólisis

La electrólisis es una reacción electroquímica eficiente que utiliza electricidad para descomponer el agua (H2O) en sus elementos fundamentales: hidrógeno (H2) y oxígeno (O). La electrólisis se considera completamente “verde”, es decir, el proceso no emite gases de efecto invernadero (GEI), cuando la electricidad utilizada para dividir el agua proviene de fuentes renovables como la energía solar, hidráulica o eólica. A su vez, el hidrógeno producido se clasifica como “verde” ya que no emite GEI cuando se utiliza como combustible o fuente de energía. 

Otros métodos de producción de hidrógeno, como la gasificación de biomasa, el reformado de gas natural y la división termoquímica del agua, son métodos probados y maduros, pero cada uno de ellos conlleva impactos ambientales más severos relacionados con los GEI. Debido a que la electrólisis verde es un proceso sin emisiones, la electrólisis a gran escala ha ganado rápidamente popularidad como camino hacia la descarbonización.

Electrólisis a gran escala

A gran escala se refiere al nivel de entrada de energía que puede consumir un sistema electrolizador. La industria suele clasificar un sistema de 1 megavatio (MW) como de pequeña escala, frente a un rango de 20 MW a 150 MW para un sistema de gran escala. Esto se basa en los sistemas en funcionamiento en el mundo, con la El sistema electrolizador PEM más grande del mundo. Actualmente en funcionamiento con tecnología Accelera™ de Cummins en Bécancour, Quebec, Canadá. Con 20 MW, el sistema está compuesto por electrolizadores PEM Accelera HyLYZER® y puede producir más de 3,000 toneladas de hidrógeno al año utilizando energía hidroeléctrica limpia.

La electrólisis a gran escala puede acelerar la adopción de hidrógeno asequible y sin emisiones, y también se considera una solución atractiva para el almacenamiento excesivo de energía renovable. Cuando se produce un exceso de energía renovable (por ejemplo, el sol brilla, pero la demanda de electricidad de la red es menor que el suministro), esa energía puede introducirse en un electrolizador y almacenarse como hidrógeno durante largos períodos de tiempo. Una vez que se necesita la energía, el hidrógeno puede ser utilizado por una pila de combustible, en la que pasa por electrólisis inversa y se convierte en electricidad utilizable.

Accelera está desarrollando un sistema electrolizador con pilas de mayor producción de hidrógeno y módulos de 25 MW, lo que lo hace adecuado para proyectos de electrolizadores aún más grandes (>200 MW). Esta tecnología será fundamental para proyectos más grandes y se fabricará en nuestro Planta de fabricación de electrolizadores con sede en EE. UU. en Fridley, Minnesota, y en nuestra nueva planta de fabricación de electrolizadores en Guadalajara, Castilla-La Mancha, España.

La economía emergente del hidrógeno

Según el organismo estadounidense Consejo de HidrógenoActualmente hay más de 1,000 proyectos de hidrógeno en marcha en todo el mundo. Para 2030, poco menos de 800 de ellos estarán total o parcialmente implementados, contribuyendo a un suministro global de 38 millones de toneladas métricas de hidrógeno verde por año. Se trata de un aumento significativo con respecto a los menos de 1 millón de toneladas producidas en 2023. El impulso va en la dirección correcta, pero el número de inversiones y proyectos relacionados con el hidrógeno de cero emisiones tendrá que aumentar significativamente para satisfacer las demandas de una demanda neta. economía cero. 

Hoy en día, la mayor parte del hidrógeno del mundo se utiliza en procesos industriales como el refinado de petróleo, la producción de amoníaco, la producción de metanol y la producción de acero. La mayor parte de este hidrógeno se produce utilizando combustibles fósiles, lo que crea una gran oportunidad para reducir las emisiones globales cambiando a la electrólisis utilizando electricidad renovable. En el sector del transporte, los vehículos que funcionan con hidrógeno serán más viables a medida que se cree infraestructura y el costo de la tecnología siga bajando. Los combustibles a base de hidrógeno también podrían ofrecer a los sectores del transporte marítimo y de la aviación más opciones cuando se trata de alternativas bajas en carbono.  

La viabilidad del hidrógeno de cero emisiones para vehículos de pila de combustible y procesos industriales todavía depende del costo. Económicamente, nadie está preparado para hacer un cambio total hoy porque sigue siendo más caro que el hidrógeno producido por otros medios debido al mayor costo de la nueva tecnología, la nueva capacidad renovable y la distribución. Sin embargo, cada vez más gobiernos ofrecen cada vez más incentivos y subsidios para ayudar a que el cambio hacia el hidrógeno verde sea más factible para 2030. 

Accelera está invirtiendo activamente en la capacidad de sus productos para lograr una producción de hidrógeno a muy gran escala con alta modularidad y con la huella más pequeña del mercado. El concepto es permitir la producción de hidrógeno con flexibilidad para lograr menores costos operativos y reducir el costo del hidrógeno por kg a medida que la red se descarboniza. En otras palabras, proporcionar un electrolizador de tamaño óptimo que pueda ajustar su capacidad según el factor de carga de energía limpia disponible y aumentar su eficiencia produciendo más hidrógeno.

Impulsando el cambio estructural

Sin embargo, existen algunas barreras importantes para una economía global del hidrógeno. Aparte del costo actual de producir hidrógeno limpio, quizás el mayor desafío sea la escala de la infraestructura requerida: construir una red para llevar el hidrógeno desde donde se genera hasta donde se utilizará. 

Una opción es crear una red de gasoductos de hidrógeno. Si se puede reutilizar el oleoducto existente, esta podría ser una de las soluciones de distribución de menor costo. Los gasoductos existentes y la infraestructura asociada en la mayoría de los países podrían adaptarse para su uso con hidrógeno, pero hacer esa transición sería complejo y aún requeriría una inversión y un tiempo significativos. 

Otra opción es transportar el hidrógeno desde donde se genera hasta donde se necesita. Para mantener el proceso libre de emisiones, esos camiones de distribución también tendrían que ser vehículos de cero emisiones y necesitarían su propia infraestructura de abastecimiento de combustible para transportar hidrógeno a través del país, perpetuando el escenario del huevo y la gallina.

Afortunadamente, estamos viendo una red emergente de asociaciones públicas y privadas que buscan brindar soluciones a este complejo problema. Pero será necesario que haya mucha más colaboración entre los gobiernos que importan y exportan energía, los proveedores de electricidad renovable, los fabricantes de gas industrial, las empresas de electricidad y gas, los fabricantes de automóviles, las corporaciones de petróleo y gas, las principales empresas de ingeniería y las ciudades. Las inversiones en hidrógeno tienen el potencial de estimular un nuevo crecimiento tecnológico e industrial a nivel mundial, lo que conduciría a la creación de empleos calificados.

¿Por qué es importante la electrólisis a gran escala?

Ampliar los proyectos y las capacidades de electrólisis es importante por varias razones: 

Disminuyendo el coste del hidrógeno 

El hidrógeno de cero emisiones es caro hoy en día y su costo debe reducirse para permitir una adopción amplia. Gracias a las economías de escala y las innovaciones tecnológicas, a medida que disminuyen los costos de producción, también lo hacen los costos para los clientes, allanando el camino para su adopción en más mercados y regiones. A medida que el uso del hidrógeno se generalice, la infraestructura seguirá su ejemplo. 

Ampliando la descarbonización 

El hidrógeno asequible permitirá que otros sectores, como el transporte de media y larga distancia y los procesos industriales, se descarbonicen. Esto facilitará una adopción más amplia de vehículos propulsados ​​por pilas de combustible y reducirá los niveles de emisiones de sectores difíciles de reducir, como los servicios públicos, la producción de acero, amoníaco y metanol, y el almacenamiento de energía estacional.

Alcanzar los objetivos climáticos globales 

Tras el Acuerdo Climático de París de 2015, muchos países y empresas han establecido objetivos climáticos ambiciosos en un esfuerzo por transformar la combinación energética global y mantener el calentamiento global por debajo de 1.5 grados C. La producción de hidrógeno sin emisiones juega un papel clave en esa transformación. 

En un esfuerzo por reducir el costo de producción y establecer un cambio holístico (de políticas y regulaciones a inversiones, investigación y desarrollo), más proyectos de electrolizadores están recibiendo luz verde en todo el mundo y las empresas están buscando soluciones viables para descarbonizar. Según el Consejo del Hidrógeno, en 1,000 se anunciaron más de 2023 propuestas de proyectos de hidrógeno en todo el mundo, de los cuales 795 estaban previstos para su despliegue total o parcial para 2030. Y se anunciaron 32 millones de dólares en inversiones directas hasta 2030. 

Con proyectos como Bécancour, la Proyecto de electrolizador de 35MW con Linde y el Proyecto de sistema electrolizador de 90MW con Varennes Carbon Recycling, Accelera™ se compromete a ayudar a acelerar el cambio hacia una economía de hidrógeno con cero emisiones y a apoyar los esfuerzos globales de descarbonización.