Producción de hidrógeno mediante electrolisis: avances y retos en la ingeniería electrónica

Abstract

La producción de hidrógeno mediante electrólisis del agua se perfila como una tecnología esencial para la transición hacia energías limpias. Este proceso, que separa el agua en hidrógeno y oxígeno usando electricidad renovable, permite generar hidrógeno verde, fundamental para la descarbonización. Sin embargo, aún enfrenta limitaciones como el alto costo de los electrolizadores, la eficiencia moderada y la compleja integración con fuentes renovables intermitentes. Esta monografía analizó estos desafíos desde la ingeniería electrónica, evaluando tecnologías de electrólisis como la alcalina (AE), la de membrana de intercambio protónico (PEM) y la de óxidos sólidos (SOEC). Se destacó el papel crítico de los sistemas electrónicos de control para optimizar el proceso, reducir pérdidas y mejorar la estabilidad operativa. Además, se discutieron barreras económicas y técnicas vinculadas con el costo de equipos, la necesidad de infraestructura y las dificultades de almacenamiento y distribución del hidrógeno. El estudio identificó soluciones innovadoras desde la electrónica. Primero, convertidores de alta frecuencia y controladores MPPT permitieron reducir hasta un 15% el consumo energético en sistemas PEM al adaptarse a la variabilidad de las energías renovables. Segundo, sensores avanzados basados en nanomateriales orgánicos alcanzaron un 98% de precisión en la detección de fugas incluso en condiciones exigentes. Tercero, algoritmos de control predictivo apoyados en gemelos digitales optimizaron la operación en tiempo real, aumentando la eficiencia global entre 8% y 12% respecto a controladores PID. También se examinó el contexto colombiano, donde La Guajira presenta un alto potencial eólico que favorece proyectos competitivos de hidrógeno verde, mientras que Buenaventura enfrenta mayores costos energéticos que limitan su viabilidad. En conjunto, la electrónica de potencia, el monitoreo inteligente y el control adaptativo se consolidan como pilares clave para la escalabilidad técnica y económica de la electrólisis y para avanzar hacia los Objetivos de Desarrollo Sostenible relacionados con energía limpia y acción climática.