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.
Convertir fácilmente el hidrógeno en electricidad
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.
“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 del proceso de convertir el hidrógeno en electricidad
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”.
Fuente: José A. Roca / El Periódico de la Energía
Artículo de referencia: https://elperiodicodelaenergia.com/convertir-el-hidrogeno-en-electricidad-la-nueva-forma-de-hacer-bajar-el-precio-de-la-energia/
