TECNOLOGÍA. Una economía de hidrógeno verde depende de una máquina poco conocida: el electrolizador

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La energía solar depende de la célula solar. La energía eólica, de la turbina eólica. La clave de la economía del hidrógeno verde es una máquina poco conocida con un nombre de ciencia ficción de la década de 1950: el electrolizador. Y después de un siglo de oscuridad, ha llegado su momento.

24 julio 2022.- El dispositivo utiliza electricidad para dividir el agua en hidrógeno y oxígeno. Si esa electricidad proviene de turbinas eólicas, paneles solares o un reactor nuclear, todo el proceso no emite gases de efecto invernadero. Las fábricas, las centrales eléctricas e incluso los aviones a reacción pueden quemar ese hidrógeno sin calentar la tierra.

Hay otras formas de hacer combustible de hidrógeno, a partir de gas natural o incluso carbón. Pero los métodos para hacerlo sin carbono, sin emisiones que deban atraparse y almacenarse, se basan en el electrolizador.

“No creo que la gente entienda lo que es un electrolizador”, dijo Andy Marsh, director ejecutivo de Plug Power Inc., que fabrica los dispositivos. “Es el bloque de construcción del hidrógeno verde”.

A diferencia de las turbinas eólicas y las células solares, los electrolizadores no son inmediatamente fáciles de entender. Los más grandes pueden parecer un revoltijo de tubos y tuberías, mientras que las versiones más pequeñas y modulares son colecciones de dispositivos electrónicos y maquinaria abarrotados en cajas del tamaño de un contenedor de envío o incluso una nevera.

Las pilas de electrolizadores de Plug Power que se muestran aquí utilizan una tecnología llamada "membrana de intercambio de protones" o PEM, que presenta un electrolito sólido. Foto: Adam Glanzman/Bloomberg

Los científicos descubrieron el proceso que emplea el electrolizador, la electrólisis, hace más de dos siglos, y los electrolizadores comerciales llegaron al mercado en la década de 1920. Eran la forma principal de producir hidrógeno hasta la década de 1960, cuando un proceso que utilizaba vapor para extraer hidrógeno del gas natural los reemplazó. Casi todo el hidrógeno que se usa actualmente en todo el mundo (en refinerías de petróleo, plantas de fertilizantes e instalaciones químicas) proviene del gas natural. La demanda de electrolizadores cesó.

Eso ha cambiado ahora, solo en los últimos años. Medido por la cantidad de energía que consumen las máquinas, las ventas mundiales de electrolizadores se duplicaron de 200 megavatios en 2020 a 458 en 2021, según BloombergNEF (BNEF), un grupo de investigación de energía limpia. Se espera que se tripliquen este año, alcanzando entre 1839 megavatios y 2464 megavatios, predice BNEF. Puede ser el tipo de impulso que experimentó la energía solar hace una década.

Las ventas de electrolizadores se han disparado en 2022

“Va a ser difícil satisfacer toda la demanda”, opina Amy Adams, vicepresidenta de tecnologías de celdas de combustible e hidrógeno de Cummins Inc., un fabricante de motores veterano que se ha lanzado al negocio.

Es probable que se avecine un crecimiento aún más explosivo. Se han anunciado “gigafábricas” de electrolizadores, cada una capaz de fabricar suficientes electrolizadores en un año para utilizar al menos 1.000 megavatios de potencia, en Australia, China, India y España. Cuando alguien dice que va a construir una gigafábrica, está hablando de que en un año tendrá más capacidad de la que está instalada en el mundo hoy en día.

Estas pilas de electrolizadores, fabricadas por Cummins Inc., utilizan tecnología "alcalina". Fuente: Cummins Inc.

Los electrolizadores vienen en tres sabores básicos: alcalino, membrana de intercambio de protones (PEM) y óxido sólido, con diferentes pros y contras. Todos involucran agua que reacciona con electrodos de carga opuesta y un electrolito, a veces líquido, a veces sólido. Los competidores están compitiendo para perfeccionar cada tecnología. Están reduciendo el uso de catalizadores tan caros como el iridio y descubriendo mejores formas de construir un producto que, hasta ahora, se ensamblaba en gran medida a mano.

Lo que impulsa todo esto es la necesidad de un combustible limpio y libre de carbono. La energía solar y eólica ahora cuestan menos que la nueva generación de combustibles fósiles en gran parte del mundo, pero almacenar esa electricidad a granel sigue siendo difícil y costoso. Y algunas cosas, como las acerías y los aviones a reacción, no pueden funcionar fácilmente con electricidad. Una molécula que se pueda producir, almacenar, enviar y usar sin bombear carbono que atrapa el calor a la atmósfera funcionaría mucho mejor. Los gobiernos y las empresas de todo el mundo apuestan a que el hidrógeno será esa molécula.

Plug Power tiene pilas más pequeñas que se utilizan para probar nuevos materiales a altas temperaturas y presiones. Foto: Adam Glanzman/Bloomberg

Para muchos defensores del hidrógeno, el electrolizador es la pieza que falta para cumplir la promesa de la energía renovable. Puede tomar el exceso de electricidad que fluye de las plantas solares al mediodía y convertirlo en un combustible para usar en cualquier momento. Esa es una de las peculiaridades que tiene la electricidad: nosotros, como consumidores, la queremos cuando la necesitamos, y las energías renovables no siempre funcionan de esa manera.

Cada tipo de electrolizador tiene sus puntos de venta. Los electrolizadores alcalinos tienden a ser los menos costosos y se han convertido en la tecnología elegida por los fabricantes chinos. Están tratando de rebajar el precio de sus competidores globales, tal como sucedió con las células solares hace una década. La tecnología PEM utiliza metales más raros y cuesta más, pero puede comenzar más rápido que la alcalina, algo que vale la pena considerar si la fuente de energía es tan variable como el sol y el viento.

Los clientes podrían, al final, abarcar muchas industrias. Las fábricas de semiconductores y LED utilizan hidrógeno y podrían beneficiarse de la producción in situ. Los propietarios de plantas solares y parques eólicos pueden querer agregar electrolizadores, tal como están agregando en la actualidad baterías a sus proyectos de energía renovable. Estamos apenas al comienzo de la dirección de esta industria.

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