| dc.description.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. | |
| dc.description.abstractenglish | Hydrogen production through water electrolysis is emerging as an essential technology for the transition toward clean energy. This process, which splits water into hydrogen and oxygen using renewable electricity, enables the generation of green hydrogen, a key component for decarbonization. However, it still faces limitations such as the high cost of electrolyzers, moderate efficiency, and the complex integration with intermittent renewable sources. This monograph analyzed these challenges from an electronic engineering perspective, evaluating electrolysis technologies such as alkaline electrolysis (AE), proton exchange membrane (PEM), and solid oxide electrolysis cells (SOEC). The critical role of electronic control systems was highlighted, as they optimize the process, reduce losses, and improve operational stability. Additionally, the study discussed economic and technical barriers related to equipment costs, infrastructure requirements, and the challenges associated with hydrogen storage and distribution.
The research identified innovative solutions enabled by electronics. First, high-frequency converters and MPPT controllers allowed for up to a 15% reduction in energy consumption in PEM systems by adapting to the variability of renewable energy sources. Second, advanced sensors based on organic nanomaterials achieved 98% accuracy in leak detection, even under demanding conditions. Third, predictive control algorithms supported by digital twins optimized real-time operation, increasing overall efficiency by 8% to 12% compared to traditional PID controllers. The Colombian context was also examined, highlighting La Guajira as a region with high wind potential that favors competitive green hydrogen projects, while Buenaventura faces higher energy costs that limit its feasibility. Overall, power electronics, intelligent monitoring, and adaptive control are consolidated as key pillars for the technical and economic scalability of electrolysis and for progress toward Sustainable Development Goals related to clean energy and climate action. | |
