Instituto Tecnológico de la Energía (ITE),

Para acelerar la lucha contra el cambio climático y alcanzar los diferentes objetivos europeos y nacionales de 2030 y 2050 relativos a la descarbonización, se necesita, en primer lugar, electrificar los consumos de energía final de origen fósil, y, por otro lado, expandir el uso de fuentes de energía de origen renovable. Este crecimiento plantea nuevos retos, como son el desarrollo de soluciones que permitan aportar flexibilidad al sistema eléctrico, así como nuevas tecnologías de almacenamiento energético. En este escenario se plantea el uso de hidrógeno como vector energético, dada su capacidad técnica y sus bajas o nulas emisiones asociadas.

Sin embargo, los equipos de generación y consumo de este gas presentan amplios márgenes de mejora, tanto desde el punto de vista técnico como económico. Es por ello importante mejorar la gestionabilidad de aquellas tecnologías tanto recientes como más tradicionales, y seguir invirtiendo en la investigación y desarrollo de los componentes que forman estos equipos, con el fin de aumentar su eficiencia, mejorar su comportamiento, o reducir costes de fabricación.

Por otro lado, la digitalización energética y de proceso está llamada a ser un factor clave que impulse el acoplamiento sectorial del hidrógeno verde como recurso de flexibilidad en el sistema eléctrico, permitiendo hacer frente a los distintos retos que supone el paulatino aumento de generación renovable. Esto se consigue gracias a su utilidad en el diseño de instalación, planificación de producción o mantenimiento.

El proyecto Road4Hydrogen
En este contexto surge el proyecto Road4Hydrogen, financiado por el Instituto Valenciano de Competitividad Empresarial (IVACE) y liderado por el Instituto Tecnológico de la Energía (ITE). El proyecto busca contribuir al desarrollo de tecnologías para la producción de hidrógeno verde, ayudando a resolver los principales retos tecnológicos asociados, a través del desarrollo de componentes, modelizado y digitalización de procesos.

En él, ITE desarrollará un entorno virtual de la cadena de valor del hidrógeno, mediante la integración de modelos de funcionamiento de equipos de producción PEM/Alcalino, y de consumo PEM en plataforma software de digitalización energética. También digitalizará un entorno real de cadena de valor de H2, mediante la Planta Piloto de ITE, que permitirá monitorizar equipos y parámetros de la instalación desde una plataforma común.

Por otro lado, se llevará a cabo el desarrollo de un modelo de simulación de comportamiento electroquímico de electrolizador tipo PEM monocelda, junto al desarrollo físico y caracterización de MEAs (Membrane-Electrode-Assembly) de pila de combustible PEM.

Reducción de costes y digitalización
Existen diferentes tipos de pila de combustible en función del tipo de membrana que emplean. Las más comunes son las denominadas tipo PEM, iguales a los electrolizadores de esta misma tecnología. Las reacciones químicas entre el material activo (catalizador) y los reactivos (hidrógeno y oxígeno/aire) tiene lugar en los electrodos, obteniéndose energía eléctrica en forma de tensión y corriente y una componente de energía térmica. La membrana, es decir, el electrolito conductor iónico, mantiene separados los electrodos, permitiendo el paso de iones e impidiendo el paso de electrones. Uno de los retos de esta tecnología es su elevado coste fundamentalmente debido al coste de la membrana, al uso de metales nobles como catalizador (platino) en los electrodos, junto a la necesidad de uso de H2 de alta pureza, planteándose el uso de catalizadores con bajo contenido como una alternativa para disminuir su precio de fabricación.

Otro aspecto importante en los últimos años es la notable tendencia a la digitalización, la cual está llamada a ser el motor fundamental para impulsar el uso del hidrógeno verde como alternativa renovable competente en coste y eficiencia con respecto a los sistemas energéticos tradicionales.

Algunos modelos comerciales de electrolizadores están ya diseñados para funcionar integrados con sistemas de energía renovables. Debido a las fluctuaciones de potencia de estas fuentes de energía y para aprovechar al máximo el recurso energético disponible en cada momento, existen diversos parámetros cuyo control y monitorización resultan clave para una producción eficiente de hidrógeno.

Sin embargo, en esta transformación digital todavía deben resolverse algunos desafíos tecnológicos asociados principalmente al diseño de herramientas digitales que permitan una integración adecuada de los diferentes equipos y un uso sencillo de la tecnología.

Aplicación y conclusiones del proyecto
El proyecto se encuentra actualmente en fase de finalización. Se ha sensorizado la planta piloto con todo el material necesario, y se están ejecutando las pruebas de digitalización. Por otro lado, se está validando el modelo electroquímico, y caracterizando las MEAs desarrolladas.

Una vez finalizado, el proyecto beneficiará a las empresas a través de la aportación de conocimiento del estado actual de la tecnología de hidrógeno y su tendencia. También ofrecerá instalaciones para testear el comportamiento de componentes de equipos de hidrógeno, y mediante el entorno de simulación, estudios de aplicación de diferentes soluciones para el proceso de la empresa. Por último, permitirá la reducción del coste de equipos y dispositivos, gracias al escalado de los resultados en materia de pilas de combustible

El proyecto Road4Hydrogen, con expediente IMDEEA/2022/36, ha sido cofinanciado por el Instituto Valenciano de Competitividad Empresarial (IVACE) y Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER).