Los sistemas reversibles integrados de energía a gas también pueden convertir el hidrógeno nuevamente en electricidad como una fuente de energía de respaldo significativamente económica, según concluyen dos investigadores de la Universidad de Stanford (EE.UU.) y de la Universidad de Mannheim (Alemania).
Algunos productores de energía renovable almacenan su exceso de electricidad en forma de hidrógeno verde y la utilizan para producir hidrógeno libre de dióxido de carbono a partir del agua.
Utilizado para crear combustibles, fertilizantes y otros productos químicos, el mercado mundial del hidrógeno es de aproximadamente 125.000 millones de dólares americanos. Su rápido crecimiento se debe, en parte, 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.
Los investigadores Stefan Reichelstein y Gunther Glenk -el primero de la Universidad de Stanford y el segundo de la Universidad de Mannheim- 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.
Tecnología rentable
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 como electricidad libres de carbono.
Este trabajo de investigación demuestra 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.
Las celdas de combustible reversibles integradas ya están en el mercado, pero rara vez se usan para convertir el hidrógeno nuevamente en electricidad. Existe el convencimiento de que el proceso no es económicamente competitivo, porque los sistemas tradicionales de gas a energía usan turbinas costosas que permanecen inactivas excepto cuando aumenta la demanda de electricidad.
Reichelstein y Glenk encontraron que ese era un problema mucho menor para los sistemas integrados más recientes, 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, la capacidad de suministrar electricidad de respaldo durante períodos cortos de demanda máxima contribuye a la rentabilidad general.
Modelo analítico
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, demostraron que era posible producir hidrógeno a partir de electricidad por unos tres 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.
El nuevo estudio analiza el otro lado del proceso, convirtiendo el hidrógeno nuevamente en electricidad. De esta manera, 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. Ambas soluciones ayudan a reducir las emisiones de carbono.
Sistemas escalables
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.
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, por lo que pueden ser utilizados por empresas individuales o pequeñas comunidades, así como por grandes redes eléctricas urbanas.