Investigadores holandeses han analizado las dos tecnologías asistidas por energía solar más prometedoras para producir hidrógeno verde, basándose en el coste nivelado del hidrógeno. Encontraron que la producción de hidrógeno con energía fotovoltaica ofrece los costos más bajos, a 6,22 dólares por kilogramo, con una relación de eficiencia solar a hidrógeno de 10,9%.
Un grupo de investigación de la Universidad de Utrecht, en los Países Bajos, ha comparado las dos tecnologías de producción de hidrógeno asistida por energía solar más prometedoras: los sistemas fotoelectroquímicos (PEC) que convierten directamente la radiación solar en hidrógeno, y los electrolizadores alimentados por energía fotovoltaica (PV-E), que no están conectados a la red.
Presentaron sus investigaciones en “Producción de hidrógeno renovable: Una comparación tecno-económica de las células foto-electroquímicas y la electrolisis fotovoltaica”, que fue recientemente publicada en el International Journal of Hydrogen Energy. Llegaron a la conclusión de que los posibles beneficios tecno-económicos de la PEC sobre la PV-E son inciertos y limitados.
Los científicos calcularon el costo nivelado del hidrógeno (LCOH) para ambas tecnologías considerando los diseños estándar de la PV-E y los diseños proyectados de la PEC para futuras aplicaciones a gran escala.
“A pesar de las intensas y prometedoras investigaciones realizadas durante los últimos años sobre la tecnología PEC, todavía no hay ningún sistema disponible en el mercado”, dijeron los investigadores. “El presente trabajo analizará si, y bajo qué condiciones, los dispositivos PEC pueden superar la producción de hidrógeno solar a través de la electrólisis fotovoltaica”.
Costos nivelados
El grupo calculó el LCOH de las tecnologías basándose en los gastos de inversión, los ingresos y los costos a lo largo de la vida de una planta, descontados a una fecha de referencia. La tasa de producción de los dos sistemas se fijó en 10 toneladas por día, mientras que el plazo para la generación de hidrógeno era de 20 años.
Realizaron la demostración en Daggett (California), ya que se trata de un lugar con una irradiación diaria de 6,19 kilovatios-hora por metro cuadrado. Se supone que los costos de instalación son el 20% de los costos de capital para ambos sistemas.
“La instalación de los sistemas PV-E requiere más cableado y la instalación de los electrolizadores”, dijeron los académicos. “El sistema PEC, por otro lado, requiere más tuberías y además la instalación de los compresores”.
El sistema PV-E fue diseñado para contrarrestar los altos costos del electrolizador mediante la optimización entre la escala de la unidad fotovoltaica y la del electrolizador. El electrolizador demostrado tenía una eficiencia global del 10,9%.
Para el sistema PCE, los investigadores eligieron un panel no concentrado con una eficiencia del 10%. Se basó en un diseño de unión líquido-sólido, con un lado del fotoelectrodo inmerso en el electrolito. “Una parte del panel solar debe soportar las reacciones electroquímicas y la corrosión, mientras que el otro lado está en contacto con el aire ambiente”, dijeron los investigadores.
Los resultados finales
Los investigadores demostraron que el sistema PV-E podía alcanzar un LCOH de 6,22 dólares/kg. Concluyeron que los costos de balance del sistema (BoS) para el electrolizador podrían caer nuevamente en el futuro, debido a las economías de escala.
“Los costos del electrolizador son más altos que los costos del sistema fotovoltaico”, dijeron. “Esta brecha es aún mayor sin optimizar la escala de estos dos componentes de la planta”.
También dijeron que se podría alcanzar un LCOH de 3,76 dólares por kilogramo en el futuro, si los costos de los BoS duros y los precios de los módulos fotovoltaicos bajan otro 50%. El LCOH del sistema PCE fue más de 2 dólares más alto, a 8,43 dólares/kg, con el módulo PEC representando casi la mitad de los costes de todo el sistema.
“A esto le siguen los costes blandos de BoS, donde los costes de contingencia tienen la mayor influencia ya que las incertidumbres son todavía bastante altas dentro de esta nueva tecnología”, dijeron los académicos. “La membrana y el material fotoactivo son, con mucho, los que más influyen en los costes, con 1,50 dólares por kilogramo y 1,35 dólares por kilogramo, respectivamente”.
Llegaron a la conclusión de que el sistema PEC probablemente no daría lugar a menores costos de generación de hidrógeno en comparación con el sistema PV-E.
“Incluso bajo supuestos generosos, los dispositivos PEC son más costosos y menos flexibles en su aplicación”, dijeron.
Noticia tomada de: PV Magazine / Traducción libre del inglés por World Energy Trade
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