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Estudio técnico, económico y ambiental de tecnologías emergentes para la producción de hidrógeno verde

Resumen

Las estrategias power-to-gas juegan un papel clave en la descarbonización ya que permiten un uso más eficiente de los recursos naturales, al almacenar energía de fuentes renovables en combustibles limpios y de alto rendimiento energético como el hidrógeno. Este estudio investiga las tecnologías emergentes en la producción de hidrógeno con bajas emisiones de carbono, enfocándose especialmente en la electrólisis de membrana de intercambio aniónico (AEM), una tecnología con promesa de escalabilidad y potencial para reducir costos de implementación en el futuro. El objetivo principal es explorar las implicaciones técnicas, económicas y ambientales asociadas a la adopción de estos sistemas emergentes, utilizando modelos de simulación que faciliten la prueba de la tecnología y la estimación de indicadores clave de rendimiento. Se lleva a cabo el desarrollo y la validación de la simulación del proceso de producción de hidrógeno por electrólisis AEM, para un sistema de 60 MW capaz de producir 1133 kg H2/h. Utilizando Aspen Custom Modeler (ACM) para simular el sistema de electrólisis, se modela el comportamiento electroquímico y la operación del equipo mediante formulación matemática reportada en literatura para la curva de polarización. Posteriormente, este modelo se vincula al entorno de Aspen Plus para integrar los procesos de separación y reciclo a la unidad de electrólisis. Se llevó a cabo un análisis técnico, económico y ambiental del proceso simulado, contemplando el contexto colombiano y el potencial de reducción de costos de la tecnología para 2025 y 2050, basado en proyecciones literarias. En este análisis se estiman los gastos de capital (CapEx), gastos operacionales (OpEx) y el costo nivelado de hidrógeno (LCOH) para dichos escenarios. Además, se analizó la influencia de la fuente de energía suministrada al proceso, evaluando seis alternativas que abarcan combinaciones de energía de la red, solar, eólica y bioenergía, brindando una perspectiva completa sobre el progreso hacia sistemas energéticos renovables más eficientes.