¿Cómo se produce hidrógeno verde de forma eficiente y sostenible? Esta es una de las preguntas más importantes en la transición energética actual. Los electrolizadores de hidrógeno se han convertido en una tecnología esencial para transformar agua en energía limpia mediante un proceso llamado electrólisis.
¿Para qué se utiliza el hidrógeno?
El hidrógeno se utiliza principalmente en la industria donde se consumen 60 Millones de toneladas al año, suponiendo un 2,3% de las emisiones mundiales de CO2.
- en torno al 50% del hidrógeno se destina a la producción de amoniaco para fertilizantes
- el 30% aproximadamente se utiliza para refinados del petróleo
- el 20% restante para la industria química
El hidrógeno se produce principalmente a través del:
- Reformado con vapor de agua de hidrocarburos (gas natural, petróleo y carbón)
- Electrólisis aplicando una corriente continua al agua destilada. En este artículo nos vamos a centrar en este punto.
¿Qué es un electrolizador de hidrógeno?
Un electrolizador de hidrógeno es un dispositivo que permite producir hidrógeno y oxígeno a partir de agua mediante la aplicación de energía eléctrica. Se trata de una tecnología clave para descarbonizar sectores difíciles de abatir y que no se pueden electrificar directamente.
Este equipo se compone de dos electrodos sumergidos en una solución conductora, y al aplicar corriente eléctrica se separan las moléculas de agua (H2O) en hidrógeno y oxígeno. La tecnología permite generar hidrógeno verde si la electricidad empleada proviene de energías renovables.
Fundamentos de la electrólisis – Cómo funciona un electrolizador
La electrólisis es un proceso químico en el que una corriente eléctrica divide el agua en hidrógeno y oxígeno. El sistema se basa en una celda electroquímica con un ánodo y un cátodo, separados por una membrana. El tipo de membrana y electrólito usado define la tecnología.
Cuando se aplica energía eléctrica, el agua descompone sus componentes: el hidrógeno se libera en el cátodo y el oxígeno en el ánodo. La eficiencia del sistema depende de factores como la temperatura, el tipo de membrana y la pureza del agua.
Tipos de electrolizadores
Existen distintos tipos de electrolizadores en función del electrólito y la membrana que utilizan. Cada uno ofrece ventajas concretas según su aplicación.
Electrolizador alcalino (AEL)
El electrolizador alcalino utiliza una solución de hidróxido de potasio como medio conductor. Es una tecnología consolidada por su sencillez y bajo coste. Funciona bien en condiciones moderadas de presión y temperatura, lo que lo hace ideal para aplicaciones industriales básicas. Aunque su eficiencia es menor comparada con otros modelos, su fiabilidad y durabilidad lo mantienen como una opción habitual.
Electrolizador de membrana de intercambio de protones (PEM)
Los electrolizadores PEM emplean una membrana polimérica que permite el intercambio de protones. Ofrecen una respuesta más dinámica y trabajan a mayores densidades de corriente, lo que los hace adecuados para integrarse con energía renovable intermitente. Su construcción es más costosa por el uso de metales nobles, pero su eficiencia energética es superior a la de los sistemas alcalinos.
Electrolizador de óxido sólido (SOEC)
El electrolizador de óxido sólido opera a altas temperaturas, lo que mejora el rendimiento termodinámico del proceso. Utiliza una cerámica como electrólito y permite una conversión de energía más eficiente. Aunque todavía no está generalizado en el mercado, ofrece gran potencial para procesos industriales que ya operan con calor residual.
Comparativa de tecnologías
Esta tabla resume las diferencias más relevantes entre las principales tecnologías de electrólisis:
|
Tipo |
Electrolito |
Temperatura |
Eficiencia |
Costo aproximado |
Estado de desarrollo |
|
Alcalino (AEL) |
Hidróxido de potasio |
60-80 °C |
Media |
Bajo |
Comercial |
|
PEM |
Membrana polimérica |
50-80 °C |
Alta |
Medio-alto |
Comercial |
|
SOEC |
Cerámica sólida |
600-900 °C |
Muy alta |
Alto |
Precomercial |
Componentes clave y balance de planta de un sistema de electrólisis
Un sistema de electrólisis no se limita al electrolizador. Para que funcione correctamente, debe contar con varios elementos adicionales. Incluye un sistema de entrada de agua purificada, una fuente de alimentación para generar corriente eléctrica, compresores, sistemas de almacenamiento y módulos de secado del gas producido.
Todo esto se controla mediante una unidad electrónica que gestiona la seguridad y el rendimiento. El conjunto se adapta al tipo de aplicación, y su configuración determina el coste y la eficiencia final. Un diseño optimizado garantiza la producción continua y segura de hidrógeno.
Aplicaciones del hidrógeno verde producido con electrolizadores
El hidrógeno obtenido mediante electrólisis tiene un papel cada vez más relevante en sectores estratégicos. Su versatilidad permite reducir emisiones sin comprometer el rendimiento. Algunas de las principales aplicaciones del hidrógeno verde en la industria y el transporte son:
- Refinado de petróleo sin hidrógeno gris.
- Producción de fertilizantes sostenibles.
- Procesos siderúrgicos con reducción directa de mineral.
- Alimentación de pilas de combustible en vehículos eléctricos.
- Almacenamiento de energía renovable en forma de gas.
El hidrógeno verde permite descarbonizar sectores difíciles de electrificar directamente.
En España, proyectos como “Power to Green Hydrogen Mallorca” ya producen hidrógeno verde para transporte público y almacenamiento energético.
Además, el hidrógeno se está utilizando para estabilizar la red eléctrica en momentos de excedente renovable, actuando como vector de almacenamiento.
Eficiencia, costes y escalabilidad de los electrolizadores de hidrógeno
La eficiencia energética de un electrolizador indica cuánta energía eléctrica se convierte en hidrógeno. Estos sistemas alcanzan entre un 65 % y un 80 %. En particular, los nuevos modelos PEM superan el 82% de eficiencia en condiciones óptimas, gracias a avances en membranas y control térmico.
Los costes siguen siendo una barrera, especialmente por los materiales y la electricidad empleada. Sin embargo, la curva de aprendizaje y las economías de escala están reduciendo los precios rápidamente. Llegando, el coste por kg de hidrógeno producido a menos de 4 €/kg en proyectos piloto con energía solar.
El futuro de los electrolizadores
El avance tecnológico y la inversión pública están acelerando la evolución de los electrolizadores. Se espera una mejora en la eficiencia, reducción de costes y una integración más directa con fuentes de energía renovable. También se están desarrollando nuevos materiales y sistemas de control más inteligentes.
El futuro pasa por electrolizadores más compactos, modulares y adaptables, capaces de cubrir desde aplicaciones domésticas hasta proyectos industriales a gran escala. La descarbonización depende en gran parte de su evolución.
Preguntas frecuentes sobre los electrolizadores
Estas son algunas de las dudas más habituales que surgen al evaluar el uso y la viabilidad de un sistema de electrólisis para producir hidrógeno.
¿Cuánta electricidad consume un electrolizador para producir 1 kg de hidrógeno?
Para generar un kilo de hidrógeno se necesitan entre 50 y 60 kWh de energía eléctrica, dependiendo del tipo de electrolizador y sus condiciones de operación.
¿Son seguros los electrolizadores de hidrógeno?
Los sistemas actuales cuentan con sensores, válvulas y protocolos de seguridad automatizados. El proceso es seguro siempre que se cumplan las condiciones de instalación y mantenimiento establecidas.
¿Cuál es la vida útil de un electrolizador?
En condiciones normales de uso, un electrolizador puede operar entre 50.000 y 80.000 horas. La vida útil depende del tipo de tecnología y de su mantenimiento.
¿Se puede usar agua de mar en los electrolizadores?
El agua de mar no puede utilizarse directamente. Requiere un tratamiento previo para eliminar sales y contaminantes que afectarían la membrana y los electrodos del sistema.
