Electrólisis: cómo funciona la tecnología detrás de la revolución del hidrógeno verde

En una época marcada por la creciente preocupación por el medio ambiente y la urgente necesidad de una transición hacia fuentes de energía más limpias y sostenibles, la electrólisis ha surgido como una tecnología transformadora, con el potencial de revolucionar el panorama energético. Es la tecnología que facilita la creación de hidrógeno verde.

La electrólisis es un proceso que aprovecha la energía eléctrica para dividir las moléculas de agua en gases de hidrógeno y oxígeno. Cuando el proceso funciona con energía renovable, puede utilizarse para crear hidrógeno verde. A su vez, ese hidrógeno verde puede utilizarse como portador de energía limpia.

El potencial del hidrógeno verde para descarbonizar industrias en las que es difícil eliminar las emisiones de carbono -como la navegación, la aviación, la producción de acero, cemento y productos petroquímicos, etc- es enorme. De hecho, estas industrias representan aproximadamente el 30% de todas las emisiones de gases de efecto invernadero.

Aquí tiene todo lo que necesita saber sobre la tecnología responsable de la revolución verde del hidrógeno.

El hidrógeno verde puede utilizarse en vehículos de pila de combustible, proporcionando una alternativa de cero emisiones a los motores de combustión interna tradicionales. El amoníaco verde y el e-metanol, que son derivados del hidrógeno verde, se están explorando actualmente como soluciones clave para descarbonizar las industrias mundiales de transporte a escala industrial. Esto es especialmente relevante en la industria mundial del transporte marítimo, donde hay proyectos que se pondrán a prueba y se desarrollarán ya en 2024.

La producción de acero, cemento y productos químicos abarca algunas de las industrias con mayor nivel de emisiones y, desgraciadamente, con más dificultades para descarbonizarse. Esto se debe en parte a que muchos de los procesos de fabricación de estas industrias requieren una gran cantidad de energía para producir calor a alta temperatura necesario para la producción. Por suerte, estos procesos de alto consumo energético pueden utilizar hidrógeno verde como sustituto, lo que abre la posibilidad de fabricar productos como el "acero verde", en el que el hidrógeno verde se utiliza para generar calor y sustituye al carbón y al gas natural para facilitar los procesos químicos.

Los productos químicos ecológicos también pueden servir como medios de almacenamiento de energía, permitiendo almacenar el exceso de energía renovable eólica y solar para volver a convertirla en electricidad cuando sea necesario. Esto ayuda a estabilizar la red y favorece la integración de fuentes renovables intermitentes.

La electrólisis se realiza principalmente mediante tres tipos de tecnologías industriales: las celdas de electrólisis de óxido sólido (en inglés, solid-oxide electrolysis cell o SOEC) de alta temperatura, la electrólisis alcalina de baja temperatura y la electrólisis de membrana electrolítica polimérica (PEM, por su nombre en inglés, polymer electrolyte membrane) de baja temperatura. Con la electrólisis alcalina y la PEM, el agua se suministra como líquido, mientras que la electrólisis SOEC utiliza vapor debido a sus altas temperaturas.

La electrólisis PEM utiliza una membrana electrolítica de polímero sólido para separar los gases hidrógeno y oxígeno. Esta membrana permite una alta conductividad de protones, un proceso clave en la creación de hidrógeno verde, al tiempo que evita la mezcla de gases. Funciona a temperaturas relativamente bajas, entre 50 y 80 °C, y es conocida por su rapidez de respuesta.

Los sistemas de electrólisis PEM son compactos, modulares y muy adecuados para fuentes de energía renovables intermitentes como la eólica y la solar. Pueden ajustar rápidamente su producción a las fluctuaciones del suministro energético.

Los sistemas de electrólisis PEM suelen ser más caros debido al coste del material de la membrana. El mercado de la electrólisis PEM está bien asentado, sobre todo en aplicaciones que requieren hidrógeno de gran pureza, como los vehículos de pila de combustible para gasoductos. Se espera que el mercado crezca a medida que aumente la adopción de energías renovables.

La electrólisis SOEC emplea un electrolito cerámico de óxido sólido que funciona a alta temperatura, normalmente entre 675 °C y 825 °C. A estas temperaturas, la reacción de electrólisis del agua es más fácil de impulsar, lo que a su vez reduce el consumo de energía por unidad de hidrógeno producido.

La SOEC es más eficaz que la PEM y la electrólisis alcalina, y puede aprovechar el calor residual de los procesos industriales o la energía solar concentrada. Es idónea para la producción de hidrógeno a gran escala, por ejemplo para la producción y refinado de acero, amoniaco y productos químicos.

La Agencia Internacional de Energías Renovables (IRENA) estima que los electrolizadores SOEC son entre un 10 y un 26 % más eficientes (en kWh por kg de hidrógeno producido) que las tecnologías alcalinas y PEM.

La electrólisis SOEC es una tecnología relativamente incipiente en comparación con la PEM y la alcalina para muchas aplicaciones. Sin embargo, la tecnología es prometedora para aplicaciones industriales y de almacenamiento de energía, especialmente cuando se dispone de fuentes de calor de alta temperatura y altas emisiones de residuos térmicos.

La electrólisis alcalina utiliza una solución electrolítica alcalina, normalmente hidróxido potásico, para facilitar el proceso de intercambio iónico que produce hidrógeno. Funciona a temperaturas moderadas y se utiliza desde hace décadas en aplicaciones industriales.

Los electrolizadores alcalinos son rentables y tienen una larga historia de uso comercial. Sin embargo, los sistemas de electrólisis alcalina son menos eficientes y responden más lentamente a los cambios de carga que los de electrólisis PEM.

La electrólisis alcalina sigue siendo competitiva en determinados sectores industriales, pero puede plantear problemas de eficiencia y adaptabilidad a la integración de las energías renovables.

La economía de la energía verde no será posible gracias a una sola idea o tecnología. Sin embargo, los electrolizadores serán fundamentales para crear transiciones verdes en algunas de las industrias más intensivas en carbono del mundo.

El hidrógeno verde es el puente entre una turbina eólica, o un panel solar, y los combustibles que utilizamos en nuestra vida cotidiana, en aviones, automóviles o barcos, y la electrólisis enmascara ese paso.

La emergente economía verde del hidrógeno presenta importantes perspectivas económicas, fomenta la creación de empleo e impulsa la innovación y la inversión en tecnologías energéticas limpias, además de reforzar la seguridad energética.

Es esencial seguir investigando, innovando e invirtiendo en electrólisis: es una gran oportunidad que reportará dividendos a quienes actúen con rapidez y al propio planeta.