Científicos del Instituto Fraunhofer de Sistemas de Energía Solar ISE (Fraunhofer ISE) han desarrollado un concepto técnico de planta y un diseño para una planta de generación de hidrógeno optimizado para su uso en el mar.
La tarea del proyecto global consistía en desarrollar un diseño técnica y económicamente optimizado de una planta integrada de producción de hidrógeno en alta mar mediante electrólisis de membrana de intercambio protónico (PEM), incluido un concepto para el transporte del hidrógeno gaseoso comprimido a tierra.
El suministro de energía para la electrólisis procede de un parque eólico marino, conectado directamente a una plataforma de electrólisis de 500 MW. Puede producir hasta 50.000 toneladas de hidrógeno verde al año.
El agua dulce para el electrolizador PEM se obtiene desalando agua de mar, utilizando el calor residual de la electrólisis.
El hidrógeno producido se purifica y seca, se comprime hasta 500 bares y se transfiere a un buque de transporte. El buque transporta hasta 400 toneladas de hidrógeno desde la plataforma hasta tierra firme. Este concepto es independiente del gasoducto de transporte de hidrógeno y ofrece flexibilidad en la elección del emplazamiento.
“Los resultados demuestran que la producción de hidrógeno directamente en el mar con un electrolizador PEM es técnica y económicamente viable”, explican los científicos del proyecto «OffsH2ore», de dos años de duración y financiado por el Ministerio Federal de Economía y Protección del Clima (BMWK), liderado por Fraunhofer ISE con participación de otras empresas alemanas, socias del proyecto.
“Con el concepto presentado por el consorcio, es realista una implantación rápida y a gran escala”, dicen los investigadores. Además, el concepto garantiza la producción de hidrógeno sin competencia territorial. «La producción de hidrógeno en el mar ofrece la oportunidad de cubrir toda la cadena de valor a nivel nacional, al tiempo que desacopla la expansión de la energía eólica marina y la expansión de la red», explica Marius Holst, coordinador a cargo de los paquetes de trabajo del Fraunhofer ISE.
Económicamente viable
Para determinar los costes de producción de hidrógeno, el primer paso consistió en determinar la capacidad óptima desde el punto de vista de los costes del parque eólico marino basándose en la capacidad de electrólisis de 500 MW. Para ello, se varió la capacidad instalada del parque eólico marino añadiendo a restando 14 MW (potencia de una turbina) y se determinaron los costes de producción de hidrógeno para cada potencia.
El gráfico muestra estos costes y las horas a plena carga resultantes de la electrólisis en función de la capacidad del parque eólico. El mínimo de los costes de producción de hidrógeno resulta de una potencia eólica de 602 MW. En este caso, ascienden a 5,92 EUR/kg con algo menos de 5.000 horas de carga completa de electrólisis.
Gráfico: Fraunhofer ISE
Con una capacidad eólica menor, los costes de producción de hidrógeno aumentan bruscamente y las horas de carga completa disminuyen. Así, con una capacidad de parque eólico de 490 MW, los costes de producción de hidrógeno son de 6,37 EUR/kg y las horas de carga completa rondan las 4225 h/a. Debido a la menor capacidad del parque eólico, la electrólisis de 500 MW está significativamente sobredimensionada y ya no puede funcionar a carga nominal.
Además del Fraunhofer ISE, el consorcio incluía a PNE AG como coordinador del proyecto, promotor y operador internacional de proyectos de centrales de energías renovables; SILICA Verfahrenstechnik GmbH, empresa de ingeniería y construcción de centrales; KONGSTEIN GmbH, que presta servicios de consultoría para tecnologías eólicas marinas y de hidrógeno, entre otros; y Wystrach GmbH, proveedor de sistemas de almacenamiento de hidrógeno a alta presión.
Recientemente, científicos de la universidad australiana de Adelaida descubrieron un método para producir hidrógeno directamente a partir de agua de mar sin tratamiento previo. Para ello introdujeron una capa ácida sobre los catalizadores in situ.
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