La integración de electrolizadores para la producción de hidrógeno en el sistema energético presenta numerosas oportunidades y desafíos. La Unión Europea se ha propuesto producir 10 millones de toneladas de hidrógeno renovable anualmente e importar otros 10 millones de toneladas para 2030, lo que requerirá más de 100 GWe de capacidad de electrolizadores. A nivel mundial, se prevé que la capacidad de los electrolizadores alcance los 700 GWe para 2030, con el objetivo de lograr emisiones netas cero para 2050. La integración de energía renovable variable con la demanda industrial de hidrógeno requiere soluciones de almacenamiento, como sistemas de almacenamiento de energía en baterías (BESS) y sistemas de almacenamiento de hidrógeno comprimido (CHSS), para garantizar un suministro continuo. Simulaciones indican que un diseño que combine BESS y CHSS proporciona el menor costo nivelado de hidrógeno (LCOH). Además, es técnicamente viable utilizar el calor residual significativo de los electrolizadores, mejorando la eficiencia del sistema y los ingresos, especialmente en redes de calefacción urbana. Aunque el oxígeno producido es suficientemente puro para su uso directo, se necesita purificación adicional para alcanzar la calidad industrial. La selección de la ubicación ayuda a valorizar eficientemente el calor y el oxígeno coproducidos, reduciendo costos y asegurando una adopción sostenible de los electrolizadores. La producción a gran escala de hidrógeno mediante electrólisis alimentada por electricidad renovable enfrenta desafíos como la baja tasa de utilización cuando se alimenta con fuentes de energía renovable variable y pérdidas significativas de energía en forma de calor residual y subproductos de oxígeno. Al combinar la producción de hidrógeno con almacenamiento de energía en baterías, utilización del calor y producción de oxígeno, se puede mejorar la eficiencia del sistema y la economía. Este enfoque es similar a la producción combinada de calor y electricidad (CHP), donde se coproducen electricidad y calor útil. Los estudios de caso muestran mejores resultados económicos para la calefacción urbana en comparación con las redes de vapor industrial. Sin embargo, la venta de oxígeno, aunque abundante, no genera ingresos suficientes para ser un factor determinante. La integración del hidrógeno en la industria es desafiante debido a la variabilidad del suministro eléctrico renovable. Incentivos adecuados deberían explorar soluciones para la valorización de subproductos y un enfoque integrado para incorporar de manera óptima la capacidad de los electrolizadores y utilizar los subproductos. La transición exitosa hacia una economía del hidrógeno requerirá esfuerzos conjuntos de los responsables políticos, instituciones financieras, asociaciones industriales y las propias empresas. 

La integración de electrolizadores para la producción de hidrógeno a partir de fuentes de energía renovable, como la energía eólica marina, presenta importantes beneficios y desafíos. Dos estudios de caso destacan estas ventajas: la integración de electrolizadores con una red de calefacción distrital existente y con una red de vapor industrial. En el caso de la calefacción distrital, el electrolizador se ubica cerca de la demanda de calor, permitiendo la utilización del calor residual. Este enfoque aumenta la eficiencia del sistema, evita emisiones de carbono, genera ingresos adicionales por la venta de calor y prolonga la vida útil del electrolizador. El análisis muestra una reducción del 20% en el costo nivelado de producción de hidrógeno cuando se utiliza el calor residual. Otros beneficios incluyen la compartición de conexiones a la red, la prevención de congestiones en la red, la acomodación de unidades de celda de combustible/electrolizador reversibles y la habilitación de almacenamiento de calor. Por otro lado, en el caso industrial, el electrolizador se ubica junto a una red de vapor industrial existente, permitiendo que el calor residual se utilice en los procesos industriales. Aunque los electrolizadores convencionales no son adecuados para suministrar calor a altas temperaturas necesarias para las redes de vapor industrial, se pueden emplear electrolizadores de óxido sólido de alta temperatura, los cuales presentan mayor eficiencia, pero requieren una integración compleja con la red de vapor. Una alternativa es combinar un electrolizador convencional con una bomba de calor industrial. Aunque el uso del calor residual de los electrolizadores presenta un caso positivo en ambos escenarios, los costos de producción de hidrógeno son significativamente más altos en el caso industrial debido al elevado costo de los electrolizadores de óxido sólido. Además, la utilización del oxígeno subproducto de la electrólisis, que actualmente se ventila, tiene aplicaciones industriales y biológicas, aunque requiere purificación adicional para cumplir con las especificaciones de calidad industrial, lo que añade costos. Siendo así, la integración de electrolizadores para la producción de hidrógeno y oxígeno en diferentes entornos industriales presenta oportunidades y desafíos significativos que requieren un enfoque sistemático para maximizar la eficiencia y los ingresos del sistema. 

En un mismo sentido, la integración de la producción de hidrógeno con nuevos mercados para la utilización del calor y oxígeno subproductos presenta múltiples beneficios y desafíos que deben ser cuidadosamente considerados. En primer lugar, es esencial involucrar a los diferentes interesados y alcanzar acuerdos claros, ya que la mayor complejidad en la operación de las plantas y los riesgos potenciales requieren una gestión adecuada. A corto plazo, podrían ser necesarios incentivos o requisitos gubernamentales para fomentar la utilización de estos subproductos. No obstante, se espera que, con el tiempo y la experiencia adquirida, el riesgo asociado a estas operaciones disminuya, facilitando una implementación más amplia y eficiente. La reducción del costo nivelado del hidrógeno (LCOH) es un objetivo clave en este contexto. Aprovechar las oportunidades de ingresos provenientes de la venta de calor y oxígeno requiere una evaluación y diseño meticulosos de cada proyecto. Esto implica considerar las necesidades específicas de suministro de hidrógeno y las posibilidades de generar ingresos adicionales a través de la venta de calor y oxígeno. En este sentido, es fundamental un análisis detallado que permita identificar las mejores estrategias para maximizar la eficiencia del sistema y minimizar los costos operativos. La simulación de sistemas de almacenamiento de energía en baterías (BESS) y sistemas de almacenamiento de hidrógeno comprimido (CHSS) ayudan en la planificación y optimización de estos proyectos. El marco de simulación DNV Renewables.Architect permite modelar estos sistemas considerando variables de entrada y salida, así como las suposiciones de costos necesarias para los cálculos financieros. Este enfoque holístico facilita una comprensión integral de los costos y beneficios asociados a la producción de hidrógeno y la utilización de subproductos. Además, un apéndice detallado proporciona datos de referencia y cálculos para determinar los costos de producción de hidrógeno y calor a partir de la reforma de metano con vapor y calderas a gas. Este análisis comparativo es esencial para evaluar la viabilidad económica de los diferentes métodos de producción y sus respectivas eficiencias. Las estimaciones indican que los ingresos generados por la producción combinada de hidrógeno, calor y oxígeno podrían representar casi la mitad del valor total de producción de hidrógeno en la Unión Europea para 2030. Esto subraya la importancia de considerar las sinergias del oxígeno y la utilización del calor residual como componentes clave para una integración eficiente y sostenible de los electrolizadores en el sistema energético. En otra instancia, la producción de oxígeno como subproducto de la electrólisis ofrece una valiosa oportunidad para su uso en diversas aplicaciones industriales. El oxígeno puede ser utilizado en procesos como la combustión enriquecida con oxígeno, la producción de acero, la fabricación de productos químicos y el tratamiento de aguas residuales, entre otros. El mercado europeo de oxígeno, estimado en alrededor de 40 millones de toneladas por año, podría beneficiarse significativamente de la oferta adicional generada por la producción de hidrógeno. Sin embargo, la producción intermitente de oxígeno a partir de fuentes de energía renovable puede requerir almacenamiento en forma líquida para asegurar un suministro constante. En conclusión, la integración de la producción de hidrógeno con la utilización de calor y oxígeno subproductos representa una estrategia prometedora para mejorar la eficiencia del sistema energético y generar ingresos adicionales. Sin embargo, su implementación exitosa depende de una planificación cuidadosa, la participación de los interesados y, posiblemente, el apoyo gubernamental a corto plazo. A medida que se adquiere experiencia y se desarrollan nuevas tecnologías, es probable que los riesgos y costos asociados disminuyan, permitiendo una adopción más amplia y eficiente de estas prácticas en el futuro.  

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